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。
km\ld&d]$ 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):
1uS-Tx MhI)7jj`mt ivX37,B\bS @fH&(@ 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。
Dp*$GQ XCIa2Syo rt^45~ 图1.地对空激光通信
系统示意图
]AA%J@ ZutB_uW /uE^H%9h 表1.关键参数
u[i7:V% \;*}zX ###激光器光束初始化
$'kn K< set/alias/off
>U~|R=* wavelength/set 1 .48 # 设置激光器
波长 {y:#'n array/set 1 256 # 设置计算初始矩阵大小
KHlIK`r units/s 1 .1
.K@x4
/1 gauss/c/c 1 1 1.25 # 定义高斯光束
hygnC`| clap/cir/con 1 1.25
xe6_RO% energy/norm 1 1. # 能量归一化设置
<P^hYj-swh set/density 64 # 设置画图线条密度
j:e^7|. title 1: starting laser distribution
R@<_Hb;Aeb plot/watch ex26_1.plt
1U7,X6=~ plot/liso nsl=64 xr=1.5 yr=1.5 # 绘制激光束初始强度曲线
9vp%6[ ####激光器初始光束相位分布如图1所示:
27a*H1iQ {x|kg; >WGP{ 图1激光器光束初始分布
r6n5 Jz zvGK6qCk ##光束扩束器(20X)
模拟 L8dU(P mirror 1 20 focallength # 扩束器透镜1焦距设置为20cm.
IypWVr dist -420 #
透镜分离
k%l_N)38 mirror 1 400 focallength #扩束器透镜2焦距设置为400cm.
e$Bf[F#;- abr/ast 1 .2 45 # 光束峰谷像散设置
i$bzdc#s clap/cir/con 1 25 # 设置孔径光阑直径50
Dr6s^}}~n phase/random/kolmogorov 1 10. 7 # 光束附加大气像差
F:;!)H* strehl
L%WME8PB title 2: phase after beam expander and atmoshpheric turbulence
z9M.e. plot/watch ex26_2.plt
Vm~qk plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6
w#xeua|*I# ;vJ\]T ml skI(]BDf 图2.经过扩束器及大气干扰后光束相位分布
5c]}G.NV $U>/i@ D ####光束传输至自适应镜
R VkU+7 adapt 1. 4. # 自适应镜对光束的曲率半径影响为4cm
*qPdZ strehl
TX23D)CX title 3: phase after adaptive optic correction
+5HnZ?E\ plot/watch ex26_3.plt
W-z90k4Z5 plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6 2
I7fb}j`/ ####光束经过自适应镜之后的相位分布如图3
K$G RJ b "
")BT 3I"NI.>* 图3.光束经过自适应镜校正之后的相位分布
c~^CKgr~R9 6 u-$ ####光束传输至转换镜
`ke3+%uj o dist 5e7 #光束传输500km至转换镜
w;
4jx(
title 4: irradiance at relay mirror before aperture
~H^'al2PK plot/watch ex26_4.plt
^kn^CI6 plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
OJP5k/U$ ####光束到达转换镜前的相位分布如图4所示:
46bl>yk9< 7v_i>_m] ~)q g 图4.光束到达转换镜前的相位分布
D XV@DQ :zdEq")v ####光束传输经过转换镜
5@`F.F>" clap/cir/con 1 75 # aperture of 1.5 m. dia. for relay
N]14 title 5: irradiance at relay mirror after aperture
wG1y,u' plot/watch ex26_5.plt
%MJL5 plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
~x|aoozL mirror 1 3e8 foc
*u>lx!g abr/ast 1 .3 90
90/vJN ####光束经过转换镜后相位分布如图5所示:
"z^(dF| KD% TxK Eh\ 1O(a( 图5.光束经过转换镜后相位分布
_1^8xFe2 A4G,}r *n ####光束传输至聚焦镜
"h=6Q+Ze dist 3e8 #光束传输3000km至聚焦镜
z %x7fe clap/cir/con 1 200 # 聚焦镜孔径直径4m
RU2c*q$^X energy
"S5S|dBc title 6: irradiance on focusing mirror
g(/{.%\k plot/watch ex26_6.plt
EM=w?T plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
~U6"? ####光束传输至聚焦镜相位分布如图6所示:
CjZZm^O n*Q`g@` Sd},_Kh 图6.光束传输至聚焦镜相位分布
OJAx:&