[發(fā)明專利]斜程大氣對超連續(xù)譜光源光束擴(kuò)展影響的分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310217621.0
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103256978A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳武明;靳愛軍;司磊;寧禹;孫全;舒柏宏;侯靜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01J1/00
• 分類號: G01J1/00
• 代理公司: 國防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 李振

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光大氣傳輸領(lǐng)域，特別涉及一種通過研究不同參數(shù)的單色光在大氣中傳輸后的光強(qiáng)分布，采用非相干合成的方式來確定斜程大氣對超連續(xù)譜光源光束擴(kuò)展影響的分析方法。

背景技術(shù)

超連續(xù)譜光源是一種新型的寬譜光源，具有傳統(tǒng)激光相干性好、亮度高、方向性好等優(yōu)點(diǎn)，同時也具有很寬的光譜（通常大于1THz）。近幾年來，超連續(xù)譜光源的光譜范圍不斷擴(kuò)展，輸出功率水平也不斷提高。利用光子晶體光纖（PCF）產(chǎn)生的可見光超連續(xù)譜光源最高功率約90W，在普通光纖放大器中產(chǎn)生近紅外超連續(xù)譜光源最高功率約200W，而在中紅外光纖超連續(xù)譜光源方面，利用非石英玻璃單模光纖得到的最高功率約為10W。

隨著輸出功率的不斷提高，超連續(xù)譜光源具有的獨(dú)特優(yōu)勢使其在能量傳輸、目標(biāo)照明、激光通信、激光雷達(dá)和大氣科學(xué)等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用，而地球大氣不可避免地會影響超連續(xù)譜光源的光束擴(kuò)展，所以分析斜程大氣的影響顯得尤為重要。

與常規(guī)的單色或準(zhǔn)單色激光光源不同的是，超連續(xù)譜光源具有很寬的光譜，其時間相干性較差，這種特性與有一定譜寬的多色光類似。針對這種光譜很寬的超連續(xù)譜光源在大氣傳輸中傳輸?shù)墓馐鴶U(kuò)展特性研究，目前還沒有一種有效的分析方法。只有李志鴻等人在假定超連續(xù)譜光源在整個波段范圍內(nèi)的光束質(zhì)量相同的條件下，簡單分析了大氣湍流對超連續(xù)譜的Strehl比的影響[李志鴻，周樸，曹澗秋，韓凱，侯靜，許曉軍，劉澤金.大氣湍流對超連續(xù)譜Strehl比影響的數(shù)值模擬[C].第九屆全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會,中國北京，2010年5月]。但這種方法沒有考慮超連續(xù)譜光源不同波長成分的相對光譜強(qiáng)度、光束質(zhì)量、腰斑半徑等參數(shù)的差異；另外也沒有分析斜程大氣對超連續(xù)譜光源的折射和消光影響，不能為實(shí)際應(yīng)用提供參考。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種斜程大氣對超連續(xù)譜光源光束擴(kuò)展影響的分析方法，采用該方法可以考慮超連續(xù)譜光源功率譜密度、光束質(zhì)量M²(λ)和束腰半徑在不同波長處不同的特性，以及給出斜程大氣對超連續(xù)譜光源的折射和消光影響，能夠準(zhǔn)確得到超連續(xù)譜光源傳輸后光束擴(kuò)展特性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種斜程大氣對超連續(xù)譜光源光束擴(kuò)展影響的分析方法，包括如下步驟：

S1.獲取超連續(xù)譜光源在不同波長處的功率譜密度P₀(λ)、光束質(zhì)量M²(λ)和腰斑半徑R₀(λ)的數(shù)據(jù)；

S2.將所述超連續(xù)譜光源等同于多個不同波長的單色光通過非相干合成得到的光源，其中每個單色光的功率譜密度P₀(λ)、光束質(zhì)量M²(λ)和腰斑半徑R₀(λ)由步驟S1得到；

S3.計(jì)算每個單色光受大氣折射、消光和湍流影響后的光束束寬和光強(qiáng)分布；

S4.根據(jù)步驟S3的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算超連續(xù)譜光源經(jīng)過斜程大氣傳輸后的光束束寬和光強(qiáng)分布。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中超連續(xù)譜光源的功率譜密度P₀(λ)從光源制造公司獲取或者利用光譜儀測量得到；光束質(zhì)量M²(λ)和腰斑半徑R₀(λ)是通過光源制造公司獲取或者利用光束質(zhì)量分析儀測量得到。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中是根據(jù)光譜儀的測量精度和所述超連續(xù)譜光源的波長范圍確定不同波長的單色光的波長和個數(shù)。

進(jìn)一步地，所述步驟S3中計(jì)算每個單色光受大氣折射、消光和湍流影響后的光束束寬和光強(qiáng)分布的步驟為：

S31.計(jì)算斜程大氣對波長為λ的單色光的光束偏折角θ(λ)；

S32.計(jì)算不同波長單色光在傳輸距離為z時的偏折距離x₀(z,λ)和y₀(z,λ)；

S33.計(jì)算不同波長單色光的大氣透過率T(z,λ)；

S34.計(jì)算不同波長單色光傳輸后的光束束寬R(z,λ)；

S35.計(jì)算波長為λ的單色光在z處的長曝光光強(qiáng)分布P_λ(x,y,z)。

進(jìn)一步地，所述步驟S4中超連續(xù)譜光源經(jīng)過斜程大氣傳輸后的光束束寬和光強(qiáng)分布的計(jì)算方法為：

S41.計(jì)算超連續(xù)譜光源在傳輸距離z處的光強(qiáng)I(x,y,z)；

S42.計(jì)算超連續(xù)譜光源傳輸后光束的質(zhì)心和；

S43.計(jì)算強(qiáng)度二階矩和；

S44.計(jì)算超連續(xù)譜光源傳輸后的光束束寬w_x和w_y。