發(fā)布時(shí)間：2021-08-27 15:46

　　基于分層散射介質(zhì)傳輸模型的概念,建立了綜合考慮非線性光學(xué)效應(yīng)、湍流擾動(dòng)及粒子散射的飛秒激光云霧傳輸模型。利用該模型數(shù)值模擬了大氣湍流和粒子散射等大氣擾動(dòng)類型對(duì)飛秒激光傳輸成絲動(dòng)態(tài)演化過(guò)程的影響。結(jié)果表明,大氣湍流能使脈沖形狀產(chǎn)生不規(guī)則變化,對(duì)自聚焦成絲過(guò)程中的脈沖能量流動(dòng)有重要影響;粒子散射可以使脈沖能量明顯衰減,從而影響光絲的形成過(guò)程;飛秒激光在云霧環(huán)境中傳輸時(shí),粒子數(shù)濃度越高,粒子半徑越大,則形成光絲的長(zhǎng)度越短,成絲過(guò)程中能量衰減越快,脈沖能量的總衰減量越多。研究結(jié)果可為真實(shí)大氣條件下飛秒激光實(shí)際應(yīng)用效能評(píng)估提供一定的理論依據(jù)。 

【文章來(lái)源】：光學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(15)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：11 頁(yè)

【部分圖文】：

湍流相位屏模擬結(jié)果。

式中:r′為遠(yuǎn)場(chǎng)中點(diǎn)(x,y,z)與粒子間的直線距離;E l i 和E r i 分別為入射電場(chǎng)的平行散射分量和垂直散射分量;E l s 和E r s 分別為散射電場(chǎng)的平行散射分量和垂直散射分量;S(θ,φ,α,β,γ)為粒子的振幅函數(shù),θ和φ分別為天頂角和方位角,α、β和γ均為粒子在空間中的取向角度。對(duì)于球形粒子,可以利用Mie散射理論來(lái)計(jì)算粒子的振幅函數(shù)S(θ,φ,α,β,γ)。球形粒子的散射特性與空間取向無(wú)關(guān)。因此,粒子的振幅函數(shù)只與散射角θ有關(guān),即

式中:Nt為粒子數(shù)濃度;L×L為橫截面方向計(jì)算范圍。計(jì)算過(guò)程中,假定粒子隨機(jī)分布在橫截面計(jì)算空間格點(diǎn)上。分別在時(shí)間和空間上采用基于快速傅里葉變換的方法對(duì)(1)式進(jìn)行數(shù)值求解[30]。光絲的直徑一般在102 μm量級(jí),因此計(jì)算網(wǎng)格的格距取的越小越好。但是隨著網(wǎng)格精細(xì)化程度提高,計(jì)算效率又會(huì)大大降低。在模擬過(guò)程中,層間隔Δz=15 mm,橫截面方向計(jì)算范圍為7.5 mm×7.5 mm,格點(diǎn)數(shù)為512×512,格間距統(tǒng)一取為Δx=Δy≈15 μm。時(shí)間方向采用不均勻網(wǎng)格,脈沖中心時(shí)間步長(zhǎng)為邊緣步長(zhǎng)的1/4,如圖4所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]不同散射介質(zhì)對(duì)飛秒脈沖激光傳輸特性影響研究[J]. 張克瑾,劉磊,曾慶偉,高太長(zhǎng),胡帥,陳鳴.  物理學(xué)報(bào). 2019(19)
[2]飛秒激光人工影響天氣的物理機(jī)理及研究進(jìn)展[J]. 鞠晶晶,劉建勝,孫海軼,李儒新,See Leang Chin,徐至展.  中國(guó)激光. 2019(05)
[3]飛秒激光成絲誘導(dǎo)形成水凝物的機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 曾慶偉,高太長(zhǎng),劉磊,劉西川,胡帥,張克瑾,陳鳴.  紅外與激光工程. 2019(04)
[4]疊加高斯光束超強(qiáng)飛秒成絲的研究[J]. 宋振明,楊森,高慧,中島隆.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2018(01)
[5]降雨對(duì)532nm和1064nm激光傳輸?shù)乃p特性研究[J]. 郭婧,張合,王曉鋒.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2011(01)
[6]Mie光散射理論的數(shù)值計(jì)算方法[J]. 項(xiàng)建勝,何俊華.  應(yīng)用光學(xué). 2007(03)



本文編號(hào)：3366633