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。
Vw|P;LLl` 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):
"<"m}rE?Q BsU}HuQZQ ]|-sZ<?<i .VCF[AleS
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。
n$F~ ^TtL-|I Z]e`bfNnI 图1.地对空激光通信
系统示意图
Mg~4) DW] &|<f|BMX _%[po%] 表1.关键参数
[j}JCmWY :r>^^tGT! ###激光器光束初始化
T]JmnCX>: set/alias/off
57~y 7/ 0 wavelength/set 1 .48 # 设置激光器
波长 wFX9F3m array/set 1 256 # 设置计算初始矩阵大小
Mj{w/' units/s 1 .1
aeISb83Y | gauss/c/c 1 1 1.25 # 定义高斯光束
Mf2F LrAh clap/cir/con 1 1.25
EV?U
!O energy/norm 1 1. # 能量归一化设置
R
RE8|%p;B set/density 64 # 设置画图线条密度
R_O=WmD title 1: starting laser distribution
?j0yT@ G plot/watch ex26_1.plt
?ac4GA( plot/liso nsl=64 xr=1.5 yr=1.5 # 绘制激光束初始强度曲线
rlaeqG ####激光器初始光束相位分布如图1所示:
V2!0),]B lYTQg~aPm p- a{6<h 图1激光器光束初始分布
8IA1@0n& zXM,cV/s ##光束扩束器(20X)
模拟 >.6|\{*sG mirror 1 20 focallength # 扩束器透镜1焦距设置为20cm.
{zWR)o .= dist -420 #
透镜分离
ESNI$[` mirror 1 400 focallength #扩束器透镜2焦距设置为400cm.
i!zFW-*5 abr/ast 1 .2 45 # 光束峰谷像散设置
2j:0!% clap/cir/con 1 25 # 设置孔径光阑直径50
^nK<t?KS phase/random/kolmogorov 1 10. 7 # 光束附加大气像差
u4_QLf@I strehl
}DXG;L title 2: phase after beam expander and atmoshpheric turbulence
gfs ;?vP plot/watch ex26_2.plt
Z,/K$;YWo plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6
~ney~Pz_ d\ 8v
VZ
&iInru3 图2.经过扩束器及大气干扰后光束相位分布
#R{>@]x` WFiX=@SS ####光束传输至自适应镜
}b1FB<e] adapt 1. 4. # 自适应镜对光束的曲率半径影响为4cm
Z;%uDlcXI strehl
?+))J~@t title 3: phase after adaptive optic correction
`0N7G c plot/watch ex26_3.plt
<(q(5jG plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6 2
K
J\kR ####光束经过自适应镜之后的相位分布如图3
]
\M+j u UWF
\Vx*)b !uQT4<g 图3.光束经过自适应镜校正之后的相位分布
>;^/B R= Y@`uBB[ ####光束传输至转换镜
eD?&D_l~6 dist 5e7 #光束传输500km至转换镜
VD~5]TQ title 4: irradiance at relay mirror before aperture
2}A)5P*K plot/watch ex26_4.plt
{YgU23;q plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
V2ih/mh ####光束到达转换镜前的相位分布如图4所示:
b!P,+!< u0h%4f!X ?id)
2V0s 图4.光束到达转换镜前的相位分布
\y5lYb,*c_ l[Z o,4* ####光束传输经过转换镜
Z^:_,aJ? clap/cir/con 1 75 # aperture of 1.5 m. dia. for relay
$G-<kC}8: title 5: irradiance at relay mirror after aperture
>!t3~q1Cn plot/watch ex26_5.plt
9F>`M plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
T@tsM|pI mirror 1 3e8 foc
4AS%^&ah abr/ast 1 .3 90
l!f_ +lv ####光束经过转换镜后相位分布如图5所示:
q1T)H2S z_!IA
] v v-tI`Qpb 图5.光束经过转换镜后相位分布
SO=gG 2E -67Z!N ####光束传输至聚焦镜
=I`S7oF dist 3e8 #光束传输3000km至聚焦镜
V
9Qt;]mQ clap/cir/con 1 200 # 聚焦镜孔径直径4m
!?nO0Ao-$ energy
} Bf@69 title 6: irradiance on focusing mirror
UZI:st
plot/watch ex26_6.plt
-Cs( 3[ plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
Jh3 ####光束传输至聚焦镜相位分布如图6所示:
rO7_K>g? Gr\ ]6 CefFUqo4 图6.光束传输至聚焦镜相位分布
F
qH))2 w.q`E@ T* ####光束经过聚焦镜传输至聚焦靶面后相位分布
xoKK{&J phase/random 1 .1 50 # 聚焦镜附加随机像差
d}\]!x3t mirror 1 5e7 focallength # 聚焦镜焦距500km
uu.X>agg dist 5e7 # 传输至靶面
l8FJ \5'M clap/cir/con 1 25 # 设置出瞳孔径直径50cm
]E-/}Ysz energy
e Ucbe33 title 7: target irradiance inside 50 cm.
"V' r}> plot/watch ex26_7.plt
'#7k9\ plot/liso xr=50 yr=50 nsl=64
ga;nM#/ end
9\4x<* ####光束传输至聚焦靶面后相位分布如图7所示:
-D~K9u]U_ ZAr6RRv ^ 5@2Rl>B$ 图7.光束传输至聚焦靶面后相位分布