本例为一束
激光从地基
激光器出发传输到近地轨道上的一个转换镜上。转换镜将激光反射到一个聚焦镜上,然后这束光打到大气层内部一个低海拔的目标上。根据Kolmogorov模型,假设目标值的半径为10cm,就可以计算大气像差。本例中包含了激光扩束器像差、转换镜上的像差以及聚焦镜上的像差。
* +"9%&? 大气模型假设的波阵面
光谱功率为(忽略内部和外部的尺寸限制):
GO`Ru 8 j4jTSLQ\ IC1NKn<k 0
q}*S~ 其中W^2 (f)是波阵面的光谱功率,r0为可视
参数,f是空间频率,L0是外部尺寸,Li是内部尺寸,这些参数的单位分别为rad,m,m-1。由于大气像差和光束扩束器的像散,斯特列尔比SR=0.34。经过一个激励器影响半径为4.0cm的自适应镜校正后,斯特列尔比为0.87。经过全程传播到达目标后,光斑直径为50cm,剩下56%的能量,相对于没有自适应镜时能量的22%,有了明显的提高。由于没有考虑大气对
光学元件散射效应的衰减效应,所以实际中传输到的光更加少。
ew#B[[ ?[g=F <r Jk7|{W\OA 图1.地对空激光通信
系统示意图
= \'}g? IsZHelg y9q8i(E0 表1.关键参数
jL%x7?*U0 YwDbPX ###激光器光束初始化
V^3L3|k set/alias/off
rH_\d?b wavelength/set 1 .48 # 设置激光器
波长 \;qW 3~ array/set 1 256 # 设置计算初始矩阵大小
kYG/@7f/ units/s 1 .1
+
+M$#Er& gauss/c/c 1 1 1.25 # 定义高斯光束
Fl kcU
`j clap/cir/con 1 1.25
tzZ`2pSh energy/norm 1 1. # 能量归一化设置
wy0tgy(' | set/density 64 # 设置画图线条密度
kCR_tn
4 title 1: starting laser distribution
^l9N48]|? plot/watch ex26_1.plt
v!<gY
m& plot/liso nsl=64 xr=1.5 yr=1.5 # 绘制激光束初始强度曲线
M?Dfu
.t ####激光器初始光束相位分布如图1所示:
X-6de>= #gRM i)(F _FH`pv 图1激光器光束初始分布
GFeQ%l`7F -:|?h{q?u ##光束扩束器(20X)
模拟 $*e2YQdLo mirror 1 20 focallength # 扩束器透镜1焦距设置为20cm.
;<&*rnH dist -420 #
透镜分离
, w{e mirror 1 400 focallength #扩束器透镜2焦距设置为400cm.
Fq|Ni$ abr/ast 1 .2 45 # 光束峰谷像散设置
9^oKtkoDZ clap/cir/con 1 25 # 设置孔径光阑直径50
@ ;*Ksy@1O phase/random/kolmogorov 1 10. 7 # 光束附加大气像差
LAB=Vp1y3[ strehl
#Y*X<L title 2: phase after beam expander and atmoshpheric turbulence
?[@J8 plot/watch ex26_2.plt
/t+f{VX$ plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6
&J[:awQX RL!Oi|8 J] {QB^? 图2.经过扩束器及大气干扰后光束相位分布
&e E=<x ]V^iN=(_5 ####光束传输至自适应镜
L
6c 40 adapt 1. 4. # 自适应镜对光束的曲率半径影响为4cm
',9V|jvK strehl
-ws? "_w title 3: phase after adaptive optic correction
IpYM;tYw& plot/watch ex26_3.plt
A P)L:7w'e plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6 2
\pPY37l ####光束经过自适应镜之后的相位分布如图3
>0/i[k-dk )
i;1*jK 6 Q%jA7 图3.光束经过自适应镜校正之后的相位分布
r)y=lAyF> nV"~-On ####光束传输至转换镜
A,JmX dist 5e7 #光束传输500km至转换镜
[w0QZyUn title 4: irradiance at relay mirror before aperture
'))0Lh
l plot/watch ex26_4.plt
k.uH~S _ plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
SheM|I~de ####光束到达转换镜前的相位分布如图4所示:
KaPAa:Q J%u=Ucdh ;&9)I8Us 图4.光束到达转换镜前的相位分布
8<X#f
! h;p>o75O ####光束传输经过转换镜
,]|#[ 8 clap/cir/con 1 75 # aperture of 1.5 m. dia. for relay
Vc 1\i title 5: irradiance at relay mirror after aperture
<^&ehy:7y plot/watch ex26_5.plt
Bal$+S plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
]O]4z,n mirror 1 3e8 foc
Rw"sJ) / abr/ast 1 .3 90
6</xL9#/ ####光束经过转换镜后相位分布如图5所示:
6.sx?Y YM eWCb73 {j9{n 图5.光束经过转换镜后相位分布
8[a=OP "sS}N%! ####光束传输至聚焦镜
f86XkECZ;` dist 3e8 #光束传输3000km至聚焦镜
qraSRK5 clap/cir/con 1 200 # 聚焦镜孔径直径4m
nr95YSH energy
fY{1F title 6: irradiance on focusing mirror
xcd#& plot/watch ex26_6.plt
'=39+*6? plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
RiDJ> 6S ####光束传输至聚焦镜相位分布如图6所示:
tI`Q /a5@ x3hB5p$q o*-)Tq8GHE 图6.光束传输至聚焦镜相位分布
QX!-B U bXh,QEG* ####光束经过聚焦镜传输至聚焦靶面后相位分布
dzARI` phase/random 1 .1 50 # 聚焦镜附加随机像差
`tBgH_$M mirror 1 5e7 focallength # 聚焦镜焦距500km
FEW14U'O dist 5e7 # 传输至靶面
o*b] p- clap/cir/con 1 25 # 设置出瞳孔径直径50cm
O8+7g+J=! energy
\z>fb%YW title 7: target irradiance inside 50 cm.
\.0^n3y plot/watch ex26_7.plt
vUN22;Z\ plot/liso xr=50 yr=50 nsl=64
r)lEofX,g+ end
? E1<!~ ####光束传输至聚焦靶面后相位分布如图7所示:
:y+2*lV Hkk/xNP w{Ivmdto 图7.光束传输至聚焦靶面后相位分布