大功率空間橢圓光束整形和傳輸研究.pdf

1、空間激光通信對(duì)通信質(zhì)量與通信穩(wěn)定性有很高的要求。在信號(hào)發(fā)射源的選擇上，半導(dǎo)體泵浦的固體激光器具有構(gòu)造簡(jiǎn)潔、使用壽命長(zhǎng)、高效穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，出射的激光光束具有輸出功率高、光束質(zhì)量高、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。在固體激光器的選擇中，板條型激光器由于具有良好的導(dǎo)熱性能而成為首選。
　　本論文針對(duì)板條型固體激光器出射的在大氣中傳輸?shù)臋E圓激光光束的光束發(fā)散角、束腰半徑以及整形后光束所受大氣散射引發(fā)的成像光斑作出以下幾方面的研究：
　?。?）對(duì)板條激

2、光器與空間激光光束整形傳輸?shù)母艣r簡(jiǎn)要介紹，重點(diǎn)綜述板條型激光器的優(yōu)勢(shì)與近年的發(fā)展?fàn)顩r、光束整形的分類與近年發(fā)展?fàn)顩r以及空間激光傳輸研究的發(fā)展?fàn)顩r。
　　（2）介紹了以光學(xué)變換矩陣為主的光束傳輸特性研究方法、基模高斯光束的描述與質(zhì)量評(píng)價(jià)方法以及高斯光束的ABCD定律應(yīng)用。
　?。?）分析了大氣中粒子引起的Mie散射的理論基礎(chǔ)以及粒子的形狀、尺度參數(shù)、粒子的折射率對(duì)散射的影響，闡述了 Mie散射的強(qiáng)度分布函數(shù)、體角散射函數(shù)的計(jì)算

3、方法。
　?。?）針對(duì)板條激光器輸出光束光斑呈橢圓形的問(wèn)題，采用幾何方法設(shè)計(jì)整形系統(tǒng)，運(yùn)用ABCD定律，選用五組不同焦距的柱面凹凸透鏡組合，模擬了運(yùn)用柱面望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)對(duì)橢圓光束橫軸方向進(jìn)行擴(kuò)束、并用單波長(zhǎng)擴(kuò)束裝置壓縮激光橫軸與縱軸方向遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角的方法。仿真結(jié)果為：選取特定組合焦距的柱面凹透鏡與柱面凸透鏡，可將激光光束橫軸方向的較大的初始發(fā)散角由600μrad減小到230μrad，同時(shí)使兩軸的束腰位置保持相同。通過(guò)普通擴(kuò)束鏡對(duì)光束進(jìn)行

4、橫軸、縱軸兩方向的同時(shí)擴(kuò)束，擴(kuò)束后橫軸、縱軸兩方向遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角的比值接近于1。在實(shí)驗(yàn)中最終也得到了整形后橫軸發(fā)散角為92.8μrad、縱軸發(fā)散角為107μrad的圓形高斯光束，與仿真結(jié)果相符合。
　　（5）整形后激光光束在大氣中傳輸時(shí)會(huì)受到后向散射，針對(duì)后向散射在CCD接收屏上的光斑形狀問(wèn)題，分別通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。理論上，首先分析大氣激光傳輸?shù)谋葼柖珊秃笙騇ie散射的散射光強(qiáng)度函數(shù)；其次推導(dǎo)出成像光斑圓心位置及半徑計(jì)算公式，