激光在大氣中傳輸時(shí),會(huì)與大氣相互作用進(jìn)而產(chǎn)生一系列線性效應(yīng)和非線性效應(yīng)。其中,熱暈效應(yīng)是激光大氣傳輸非線性效應(yīng)中較為嚴(yán)重一種,造成了光束的畸變、扭曲、發(fā)散。受到熱暈效應(yīng)的影響,激光在大氣中的有效傳輸受到了嚴(yán)重的限制,并且導(dǎo)致了激光傳輸?shù)牟环�(wěn)定性,進(jìn)而影響了光束質(zhì)量。所以,對(duì)熱暈效應(yīng)進(jìn)行研究以及找到減小熱暈效應(yīng)的方法,對(duì)于激光的有效應(yīng)用具有重大意義。自適應(yīng)光學(xué)被證實(shí)對(duì)熱暈效應(yīng)產(chǎn)生的相位畸變具有較好的補(bǔ)償效果。論文對(duì)熱暈效應(yīng)進(jìn)行了理論研究和數(shù)值仿真研究,對(duì)熱暈效應(yīng)相位補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)光學(xué)技術(shù)進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。本文驗(yàn)證了通過(guò)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)激光大氣傳輸熱暈效應(yīng)進(jìn)行相位補(bǔ)償?shù)目尚行�。本文的主要研究�(jī)?nèi)容包括:第一,介紹了大氣的組成氣體,重點(diǎn)總結(jié)了激光大氣傳輸非線性熱暈效應(yīng),闡述了熱暈效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理、影響熱暈效應(yīng)的因素和熱暈效應(yīng)的分類,對(duì)有風(fēng)條件下和無(wú)風(fēng)條件下的熱暈效應(yīng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。并且總結(jié)了減小熱暈效應(yīng)的一些方法。對(duì)激光大氣傳輸線性效應(yīng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述。第二,將傍軸近似下的光束波動(dòng)方程與流體力學(xué)方程相結(jié)合,在做了一些化簡(jiǎn)后,得到了能夠描述熱暈效應(yīng)的方程組。之后對(duì)布拉德利-赫爾曼（Bradley-... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所)四川省

【文章頁(yè)數(shù)】：148 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

校正與未校正光束焦平面峰值強(qiáng)度與輸入功率之間的關(guān)系

3線要比未校正過(guò)的曲線焦平面處的光強(qiáng)增加了76%。圖1.1校正與未校正光束焦平面峰值強(qiáng)度與輸入功率之間的關(guān)系Figure1.1Peakfocal-planeintensityvs.inputpowerforcorrectedanduncorrectedbeams圖1.2顯示了一組焦平面處光束的圖片，在最左側(cè)的圖片中我們可以觀察到典型新月形的熱暈光束，下一張圖片是經(jīng)過(guò)校正的光束，其尺寸有所減小只剩下一點(diǎn)新月形的痕跡[41]。為了進(jìn)行對(duì)比，右側(cè)的照片為低功率無(wú)熱暈光束（橢圓形的形狀是由于快門速度不足以凍結(jié)光束而導(dǎo)致的）。值得注意的是校正后的和未校正的熱暈光束都相對(duì)于無(wú)熱暈光束偏移到風(fēng)向處，這是由于變形鏡未進(jìn)行傾斜校正導(dǎo)致的。該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了利用變形鏡對(duì)激光束進(jìn)行相位補(bǔ)償從而減小熱暈效應(yīng)的可行性。圖1.2焦平面處受熱暈效應(yīng)影響的光束，經(jīng)校正的光束，和無(wú)熱暈光束的照片F(xiàn)igure1.2Actualphotographsofthebloomed,corrected,andunbloomedbeamsinthefocalplaneBernadetteJohnson對(duì)熱暈相位補(bǔ)償?shù)牟环�(wěn)定性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[42]。她使用241通道的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)熱暈進(jìn)行相位補(bǔ)償，觀察到了明顯的相位調(diào)制[43]。

4JonathanF.Schonfeld使用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)熱暈效應(yīng)產(chǎn)生的相位不穩(wěn)定性進(jìn)行校正，并且導(dǎo)出了不穩(wěn)定增長(zhǎng)率的一般方程，并討論了近似解的方法[44]。美國(guó)林肯實(shí)驗(yàn)室研究熱暈20多年的時(shí)間，其中最突出的就是開發(fā)了一套名為MOLLY的計(jì)算機(jī)仿真程序，針對(duì)大氣湍流和熱暈效應(yīng)進(jìn)行自適應(yīng)相位補(bǔ)償，該程序較為關(guān)注相位補(bǔ)償不穩(wěn)定性（Phase-compensationinstability,PCI）以及系統(tǒng)的魯棒性，由于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)和激光導(dǎo)致的大氣加熱之間的正反饋，PCI會(huì)導(dǎo)致自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的硬件性能受到影響，MOLLY的仿真結(jié)果最后都在實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。MOLLY解決了撰寫代碼時(shí)想要解決的三個(gè)基本問題，（1）PCI是一種真實(shí)存在的物理現(xiàn)象，其行為符合預(yù)測(cè)分析，（2）旋轉(zhuǎn)風(fēng)和自然風(fēng)會(huì)改變PCI，（3）PCI和良好的熱暈校正可以共存。PCI的產(chǎn)生機(jī)制如圖1.3所示[45]。（a）出射激光輻照中自然出現(xiàn)的強(qiáng)點(diǎn)和弱點(diǎn)會(huì)在大氣中引起熱區(qū)和冷區(qū)（分別由暗區(qū)和亮區(qū)表示）。波前傳感器檢測(cè)到信標(biāo)的畸變波前中的谷值和峰值，這是由于信標(biāo)光分別穿過(guò)相對(duì)較熱和較冷的大氣區(qū)域?qū)е碌摹＃╞）變形鏡通過(guò)對(duì)出射光束施加一個(gè)相位來(lái)補(bǔ)償像差，該相位在熱區(qū)下方有峰值，在冷區(qū)下方有谷值。因此，變形反射鏡具有將出射光束聚焦到熱區(qū)域的效果，使它們變得更熱。同樣，熱區(qū)和冷區(qū)會(huì)使測(cè)得的信標(biāo)相位失真。（c）這種畸變導(dǎo)致變形鏡更難聚焦到熱區(qū)。圖1.3相位補(bǔ)償不穩(wěn)定性發(fā)生機(jī)制示意圖Figure1.3Phase-compensationinstabilitymechanism美國(guó)華盛頓特區(qū)海軍研究實(shí)驗(yàn)室E.A.McLean等借助于Mach-Zehnder干涉儀觀察了在摻碘液的四氯化碳中與熱暈效應(yīng)有關(guān)的參數(shù)的變化[46]。韋恩州立大學(xué)的A.J.Glass研究了氣體中的熱暈現(xiàn)象，他認(rèn)為氣體中粒子的不均勻分布會(huì)極

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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