1 长春理工大学 物理学院 吉林省固体激光技术与应用重点实验室，长春 130022
2 四川师范大学 物理与电子工程学院，成都 610068
采用多层相屏法和快速傅里叶变换法数值求解热晕方程，研究了复合贝塞尔高斯（cBG）光束大气传输过程中受热晕效应的影响。研究发现：由于热晕效应造成的光强和相位畸变，cBG光束会发生相位奇点移动和轨道角动量谱展宽，并产生模式串扰。当风速较小时，大气介质吸收激光产生的热效应较强，导致光束的模式串扰也较强。对于初始角量子数差值较大的cBG光束，其相对串扰能量较小，受热晕效应影响导致的模式串扰较弱。此外，还研究了旋转cBG光束的热晕效应，该光束的旋转特性使其在传输过程中四周都能得到均匀的扩展。因此，相较于非旋转cBG光束，旋转cBG光束的光强分布比更均匀，模式串扰更小。并且，随着旋转cBG光束的径向波数差值的增大，模式串扰减弱。综上，增大初始角量子数差值以及径向波数差值可以有效降低cBG光束的模式串扰。
复合贝塞尔高斯光束 热晕效应 大气传输 模式串扰 Composite Bessel-Gaussian beams Thermal blooming Atmospheric propagation Mode crosstalk
四川师范大学物理与电子工程学院，四川 成都 610068
采用数值模拟方法研究了大气非线性自聚焦效应对艾里光束上行大气传输特性和光束质量的影响，结果表明：大气自聚焦效应随着艾里光束指数截断因子的增大而增强，并会导致艾里光束的实际焦点向靶面移动。采用预散焦方法可使靶面上的光束始终保持艾里轮廓，同时可使靶面光强得到显著提高。本文得到了预散焦的焦距公式，并证实了其有效性。研究发现：预散焦后，即使光束功率远远超过了自聚焦临界功率，非均匀大气的自聚焦效应也不会破坏艾里光束的自加速特性，有助于地基激光束避开障碍物，清除空间碎片。在相同的功率下，艾里光束相比高斯光束在碎片靶面上有更高光强，并且艾里光束具有更强的抵抗自聚焦效应的能力。因此，艾里光束比高斯光束更适合地基激光对空间碎片的清除。
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
为实现激光湍流大气传输效应的快速评估，采用数值仿真方法研究高斯光束远场长曝光光斑的定标规律。首先，对理想光束真空衍射和湍流扩展效应分别定标，结果表明光源截断强弱影响远场有效半径大小。然后，考虑衍射、初始像差、平台抖动和湍流扩展的相互作用，改进了半径平方加和假设，建立了远场63.2%环围功率半径和平均光强的定标规律模型。特别地，对于截断因子为的高斯光束，在实际激光系统特性、常用光学湍流廓线、地对空传输路径组成的参数空间中开展了数值仿真，利用遗传算法确定了模型的标度指数。结果表明基于改进的半径平方加和方法所建立的定标规律模型精度有了显著提升。定标规律模型与数值仿真的结果对比表明，真空传输远场半径的平均相对偏差为1.55%，湍流大气传输远场半径和平均光强的平均相对偏差分别为1.92%和3.80%。
大气光学 大气传输 高斯光束 定标规律 精度 中国激光
2023, 50(22): 2205001
四川师范大学物理与电子工程学院，四川 成都 610068
围绕减小碎片靶面上光斑尺寸从而提高靶面光强的问题，采用解析方法研究了部分相干脉冲光（PCLP）在非均匀大气中的准稳态自聚焦效应对空间靶面光束质量的影响。推导出了PCLP从地面上行大气传输至空间轨道的束宽、曲率半径和实际焦距的解析表达式。研究表明，准稳态自聚焦效应会导致焦移，从而导致靶面光斑尺寸增大。指出采用准稳态和稳态修正焦距方法可以有效抑制准稳态自聚焦效应，从而减小碎片靶面光斑尺寸。推导出了PCLP的准稳态和稳态修正焦距的解析表达式，并给出了其适用条件。研究发现，采用准稳态修正方法能获得比稳态修正方法更小的靶面光斑尺寸，但稳态修正方法更易实现。
大气光学 准稳态自聚焦效应 激光大气传输 部分相干脉冲光 靶面光斑尺寸 光学学报
2023, 43(12): 1201005
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041007
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
精确地测量激光在大气传输后的光斑参数，是研究激光大气传播效应和分析激光发射系统性能的关键技术手段。测量激光远场参数的方法主要包括阵列探测法和相机成像法，目前在激光大气传输效应的测量评估中大都采用阵列探测法。由于探测器阵列靶受物理空间和研发成本等因素的限制不能均匀且高分辨率紧密排布，将造成采样光斑的失真，难以精确地测量远场光斑参数。针对此问题，利用相机分辨率高的特点，设计了一套基于漫反射屏成像法的激光参数测量系统。该系统最小测量分辨力小于0.39 mm，质心位置平均偏差为0.05 mm，测量光斑到靶功率不确定度优于10%。该系统能有效地测量激光发射系统的跟瞄精度和到靶功率，为分析激光大气传输效应和分析激光发射系统性能提供有效手段。
漫反射成像 光斑参数 激光大气传输 跟瞄精度 diffuse reflection imaging spot parameters laser atmospheric transmission tracking accuracy 红外与激光工程
2022, 51(9): 20210921
1 陆军航空兵学院, 北京 101121
2 中国人民解放军69036部队, 新疆 库尔勒 841000
湍流引起的恒定相位波前随机起伏会使大气通道波前到达角连续变化。 研究了在倾斜大气湍流通道中非Kolmogorov湍流作用下的新的平面波和球面波到达角模型, 其特征在于在1/l0附近的高波数下上升很小。湍流内外尺度对不同斜链路到达角的影响不同: 下行到达角起伏小于上行到达角起伏, 到达角起伏随着内外尺度的增大而增大, 随着接收机孔径的增大而显著减小。该结果将为卫星激光通信之类的相关应用提供一定参考。
卫星激光通信 大气传输 到达角 湍流 斜程链路 satellite laser communication atmospheric propagation angle of arrival turbulence slanted path
1 电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室, 河南洛阳 471003
2 安徽师范大学物理与电子信息学院, 安徽芜湖 241002
毫米波在颗粒环境中传输特性是毫米波通信技术的重要基础性问题。为探索毫米波传输在可控颗粒环境下的测量, 基于准光学理论设计了双反射面高斯波束传输系统。该系统包含一对多张角喇叭和两个椭球聚焦反射面。多张角喇叭用于产生高斯度大于 96%的高斯波束; 聚焦反射面将发射波束重新聚焦, 使得输出波束参数与发射波束参数相同。此外, 基于矢量网络分析仪加扩频模块的实验方案, 对准光传输系统在 75~110 GHz频率范围进行了测试, 得到该频率范围内整个系统的损耗。测试结果表明系统本身的损耗仅有 2~4 dB, 表现出良好的传输特性。基于本系统的初步喷水实验为可控颗粒环境下传输测量奠定了基础。
毫米波 椭球面 大气传输 衰减 millimeter wave ellipsoidal mirror atmospheric transmission attenuation measurement 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(5): 424
针对不同大气环境条件下激光测距机最大测程显著变化的问题, 建立了表观光学参数大气能见度V与大气吸收系数、散射系数和总衰减系数之间的关系, 采用蒙特卡罗方法仿真了激光大气传输过程, 以美国Voxtel公司的远程激光测距机为例, 定量计算了雾天环境下能见度变化对最大测程的影响。结果显示:标称最大测程为10 km的激光测距机在能见度为20 m、300 m和1 500 m的气象条件下, 最大测程分别为30 m、335 m和1 240 m; 测距机最大测程随气象条件的改变会发生明显的变化。该仿真方法可评估大气光学参数对激光测距机测程的影响, 以及指导系统设计阶段的参数优化。
激光测距机 最大测程 大气能见度 蒙特卡罗仿真 大气传输 laser rangefinder maximum range atmospheric visibility Monte Carlo simulation atmospheric transmission
针对现有的微光视距模型中变量参数多，难以适用实际复杂夜天环境中目标侦察能力预测的问题，本文根据 Ross方程，大气光学传输和远距离侦察图像对比度模型，提出了采用标准靶对比度测试对特定目标侦察能力进行预测的方法，在特定夜天光环境下完成了标准靶对比度曲线测量，并基于最小可分辨对比度(minimum resolvable contrast, MRC)评价模型，对坦克、卡车目标的侦察距离进行了预测，与实际测试值对比，误差在 16.2%以内，验证了采用标准靶对比度测试预测目标侦察距离的可行性，该项研究成果对不同背景和环境下微光装备侦察能力分析和评价具有指导价值。
成像对比度 侦察能力 微光装备 大气传输 imaging contrast, reconnaissance capability, low-l
