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。
R%r<AL5kJk 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):
p+{*&Hm5 (#r>v
h ( |-vn,zpe E#M4{a1 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。
o~p%ODH E&2mFg kQ
$.g< 图1.地对空激光通信
系统示意图
DE14dU vsCy? K<D=QweOon 表1.关键参数
Bpl(s+ Hd0?}w\ ###激光器光束初始化
oxgh;v* set/alias/off
;,jms~ik wavelength/set 1 .48 # 设置激光器
波长 $_0~Jzt, array/set 1 256 # 设置计算初始矩阵大小
:k7h"w units/s 1 .1
%DF-;M"8 gauss/c/c 1 1 1.25 # 定义高斯光束
jM|-(Es.) clap/cir/con 1 1.25
#~>ykuq energy/norm 1 1. # 能量归一化设置
`q(eB=6;[ set/density 64 # 设置画图线条密度
A@k`$xevVj title 1: starting laser distribution
o+.LG($+U plot/watch ex26_1.plt
;chz};zY plot/liso nsl=64 xr=1.5 yr=1.5 # 绘制激光束初始强度曲线
C*1,aLSw ####激光器初始光束相位分布如图1所示:
}O7b&G:nW CYWL@<p, ~xaPq=AH 图1激光器光束初始分布
@{y[2M} %] ZpTT9{PT=: ##光束扩束器(20X)
模拟 )=c/{ mirror 1 20 focallength # 扩束器透镜1焦距设置为20cm.
Yr9!</;T dist -420 #
透镜分离
2wki21oY mirror 1 400 focallength #扩束器透镜2焦距设置为400cm.
Qt+;b abr/ast 1 .2 45 # 光束峰谷像散设置
:#=XT9 clap/cir/con 1 25 # 设置孔径光阑直径50
}Kc03Ue`%e phase/random/kolmogorov 1 10. 7 # 光束附加大气像差
%RF9R"t$ strehl
2En^su$ title 2: phase after beam expander and atmoshpheric turbulence
.W)%*~ O!; plot/watch ex26_2.plt
LmQS;/: plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6
eURj'8o), s;eOX\0 a
J&)-ge 图2.经过扩束器及大气干扰后光束相位分布
-'iV-]< ?UGA-^E1 ####光束传输至自适应镜
z|:3,$~sN adapt 1. 4. # 自适应镜对光束的曲率半径影响为4cm
zJ2dPp~u strehl
@1UC9}> title 3: phase after adaptive optic correction
t kJw}W1@ plot/watch ex26_3.plt
IY='tw plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6 2
x8]5> G8(r ####光束经过自适应镜之后的相位分布如图3
7;T6hKWV[ _Bp{~-fO XAb!hc
图3.光束经过自适应镜校正之后的相位分布
`(rnD 0+]ol:i ####光束传输至转换镜
uFzvb0O`O
dist 5e7 #光束传输500km至转换镜
]N\J~Gm title 4: irradiance at relay mirror before aperture
l".LtUf- plot/watch ex26_4.plt
kDz!v?Z2+B plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
l^B PTg)X@ ####光束到达转换镜前的相位分布如图4所示:
*}hx9:9\B ;c!}'2>vM $i^#KZ}-WK 图4.光束到达转换镜前的相位分布
Z?7XuELKV P}AfXgr ####光束传输经过转换镜
_|!FhZ clap/cir/con 1 75 # aperture of 1.5 m. dia. for relay
l20fA-T
_I title 5: irradiance at relay mirror after aperture
HFr#Ql>g plot/watch ex26_5.plt
@.PVUP plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
Z uh!{_x; mirror 1 3e8 foc
?-y!FD}m& abr/ast 1 .3 90
zj ?^,\{A ####光束经过转换镜后相位分布如图5所示:
k|Hxd^^I XpFoSW#K x2^Yvgc- 图5.光束经过转换镜后相位分布
IwE{Zvr !yo/ F&6 ####光束传输至聚焦镜
?\
qfuA9. dist 3e8 #光束传输3000km至聚焦镜
@435K'! clap/cir/con 1 200 # 聚焦镜孔径直径4m
TTJFF\$? energy
aetK<9L$ title 6: irradiance on focusing mirror
9WJS.\G^ plot/watch ex26_6.plt
Mn-f plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
`W3;LTPEb ####光束传输至聚焦镜相位分布如图6所示:
K%XQdMv w4: y5td o'Ex 图6.光束传输至聚焦镜相位分布
:V(+]< =Me94w>G3X ####光束经过聚焦镜传输至聚焦靶面后相位分布
d!V;\w phase/random 1 .1 50 # 聚焦镜附加随机像差
SMMV$;O{9 mirror 1 5e7 focallength # 聚焦镜焦距500km
D!K){E dist 5e7 # 传输至靶面
-P+@n)?T6 clap/cir/con 1 25 # 设置出瞳孔径直径50cm
:YZqrcr} energy
l>KkK|!T^i title 7: target irradiance inside 50 cm.
v<*ga7'S plot/watch ex26_7.plt
JGJXV3AT plot/liso xr=50 yr=50 nsl=64
j89C~xP6 end
l3d^V&Sk ####光束传输至聚焦靶面后相位分布如图7所示:
e|`QW|9 . Km5#$IiP; u?OyvvpH 图7.光束传输至聚焦靶面后相位分布