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1、第29卷第10期中国激光Vol.A29,No.102002年10月CHINESEJOURNALOFLASERSOctober,2002文章编号:02587025(2002)10089505激光热效应对光束控制系统发射光束质量的影响1,21211金钢,刘顺发,李树民,陈洪斌,马佳光1中国科学院光电技术研究所,国家863计划光束控制重点实验室,四川成都6102092中国空气动力研究与发展中心计算空气动力学研究所,四川绵阳621000提要采用数值计算方法分析了较高能量密度激光在光束控制系统
2、内所产生的热效应对远场光斑质量和能量分布的影响。激光传输由近轴波方程描述,采用像屏法和快速傅里叶变换技术求解。激光加热引起的气流扰动及气体介质密度变化采用完全的NavierStokes方程描述,以便考虑各种不同因素的影响。NavierStokes方程求解采用LUSGS分解技术。数值计算结果表明,在典型情况下,热晕引起的附加热相位会明显增大发射激光的发散,降低目标处激光能量集中度和远场光斑质量。这一方法还可扩展应用于其他气动光学问题研究。关键词激光传输,热晕,相屏法,快速傅里叶变换,NavierSto
3、kes方程,湍流,气动光学中图分类号TN012文献标识码ALaserThermalEffectsinBeamControlSystemontheEmittedLaserQuality1,21211JINGang,LIUShunfa,LIShumin,CHENHongbin,MAJiaguang1InstituteofOpticsandElectronics,TheChineseAcademyofSciences,BeamControlKeyLaboratoryofNational863Pro
4、gram,Chengdu,Sichuan6102092ChinaAerodynamicsResearch&DevelopmentCenter,Mianyang,Sichuan621000AbstractThethermaleffects,producedbythehighenergylaserinabeamcontrolsystem,arenumericallyanalyzedinthispaper.Theeffectsonthelaserdensityandbeamfaculaqualityatfar
5、fieldarestudiedinparticular.Thepropagationoflaserisdescribedbytheparaxialwaveequations,solvedbythephasescreentechniqueandtheFFTmethod.ThethermalturbulencemotionandtheairdensityvariationaregovernedbythecompleteNavierStokesequations,sothatthevarietyfactorsc
6、ouldbeinconsideration.TheNavierStokesequationsaresolvedbyusingtheLUSGSfactorizationtechnique.Thenumericalresultsshowthat,withtheadditionalinitialthermalphaseattheemitterexit,theenergydensityandthequalityofthelaserbeamatfarfieldwouldbeprominentlydegradedf
7、orthetypicalsituations.Keywordslaserpropagation,thermalblooming,FFT,NavierStokesequations,turbulence,aerooptics,transmitfocussystem1引言产生一个负透镜效应,使光束发散,即所谓热晕现象。当存在侧向风时,下风空气密度降低,下风的折[1~5]一系列理论和实验研究表明,当较高能量射率减小,会形成特有的弯向上风的新月型光束分激光通过大气传输时,其一小部分能量被空气中的布,造
8、成激光束的畸变、弯曲和发散,降低激光光束特殊分子和气溶胶吸收,使得传输路径上的空气被的质量和激光能量的集中度。加热,气体以声速膨胀,密度降低以使压力趋于平本文采用数值分析计算方法,研究了光束控制衡,从而导致传输路径上的气体介质的折射率下降,系统内高能激光传输热效应对远场光斑质量和能量收稿日期:20010724;收到修改稿日期:20011008作者简介:金钢(19585),男,博士
