激光大气传输

摘要： 针对激光大气传输湍流效应不确定度量化中采用蒙特卡罗(MC)方法计算效率低的问题,提出了一种基于多项式混沌(PC)的不确定度量化方法.该方法采用拉丁超立方抽样随机抽取少量样本,经过数值模拟后通过多项式混沌构造代理模型,并依据代理模型进行不确定度量化.以准直Gauss光束的地空垂直上行传输为例,不确定度计算中考虑了激光器出口光束质量和大气相干长度对远场功率密度的影响,并以大样本量MC方法的不确定度量化结果作为基准,对PC方法进行了验证.结果表明,PC方法只需对少量样本进行数值模拟计算,便可快速构建远场功率密度的代理模型,得到的不确定度量化结果与MC方法的量化结果吻合较好.

摘要： 征稿截止日期:2021年5月30日计划出版日期:2021年8月15日近年来,激光在测距、观测、成像、通信、激光武器等领域的应用使学术界对激光在大气中的传输倍感兴趣,众多学者对激光在大气中的传输进行了理论上的各种探讨和实验观测等科学研究。为分享我国在激光大气传输领域的最新进展,研讨未来发展方向,促进学术交流,推动相关领域向纵深发展。编辑部特别邀请本刊编委李新阳研究员、朱文越研究员策划组织"激光大气传输技术"专刊,并计划于2021年第8期刊出,现在公开向相关领域学者、专家、科研人员征集高水平研究论文及综述。

摘要： 激光武器是一种定向能武器,能够作为光电对抗的主要进攻性手段之一.分析了激光对光电传感器的致盲基本原理,考虑真空衍射、大气湍流、热晕以及跟踪抖动等影响强激光大气传输的因素,以及光电传感器光学增益,提出了激光武器致盲光电传感器的数学模型,并通过仿真分析给出了不同场景下激光武器致盲光电传感器的作战效能.

摘要： 1960年,世界上第一台激光器诞生.由于激光在单色性、方向性、相干性和亮度等方面具有普通光源难以比拟的优点,推动了一系列新技术、新学科和新领域的发展,并在现代工业、农业、医疗、通信、军事等众多领域得到了广泛应用。当激光在实际大气中传输时,由于受大气中各种气体、气溶胶与激光之间相互作用以及大气运动(如湍流)的影响,其优点被削弱,限制了其在诸如激光雷达、激光测距、激光能量传输、激光通讯等实际工程中的广泛应用。正因为如此,光波尤其是激光的大气传输规律及其高效探测受到了相关领域的长期关注.

摘要： 使用相位屏法模拟了大气湍流效应,获得了不同激光发射孔径和大气相干长度下的激光远场光斑,验证了远场光斑环围半径与大气相干长度及激光发射孔径之间的定标关系.模拟阵列探测器对远场光斑进行采样,并由采样数据计算光斑参数,最终给出了不同激光发射孔径和大气相干长度下测量光斑参数所需的空间分辨力大小.研究结果表明,激光发射孔径与大气相干长度的比值小于6时,测量所需空间分辨力仅由激光发射孔径决定,与大气相干长度之间的相关性不显著.

摘要： 激光的传输与探测是其应用的前提。激光大气传输特性及其探测的相关研究对大气环境、空间探测、光通信和国防等领域都具有重要的意义。针对国家在相关领域的重大需求,同时为了反映国内在激光大气传输及探测领域的最新进展与发展趋势,并促进相关科研人员的最新成果交流,《量子电子学报》将于2020年第4期策划出版"激光大气传输与探测技术及应用"专辑,现面向全国征集相关领域的综述与原创研究论文,欢迎赐稿!

摘要： 采用数值仿真方法，研究了强激光在大气传输中的稳态热晕现象。具体研究了在吸收介质中，横向风以及激光的传输距离对热晕的影响。计算发现，横向风对热晕有抑制作用，风速越大，热晕效应越小，传输距离的增大会使热晕现象增强，传输效率降低。%Steady-state thermal blooming in atmospheric laser propagation is studied using nu-merical simulation. Variations of thermal blooming characteristics with the horizontal wind and high-energy laser propagation distance in absorbing medium are introduced concretely. Calcu-lations found that the transverse wind has inhibitory effect on thermal blooming. The greater the wind speed is, the smaller the thermal blooming effect is. The increase of propagation distance can enhance the phenomenon of thermal blooming, and lower the propagation efficiency.

摘要： 采用数值仿真方法,研究了强激光在大气传输中的稳态热晕现象。具体研究了在吸收介质中,横向风以及激光的传输距离对热晕的影响。计算发现,横向风对热晕有抑制作用,风速越大,热晕效应越小,传输距离的增大会使热晕现象增强,传输效率降低。

摘要： 激光在大气中传输时,由于大气湍流的存在,会导致光束漂移和能量集中度下降.校正倾斜像差,可以提高激光在大气中传输的质量,而快速倾斜镜正是倾斜像差校正的关键部件.设计了一个基于柔性轴结构的二维压电陶瓷型快速倾斜镜,采用高压运算放大器PA96制作其驱动电源,并选用TMS320F2812型DSP芯片作为倾斜镜控制系统的核心处理器,经实验测试表明,该快速倾斜镜的偏转范围达到1.8 mrad,谐振频率为432 Hz,角分辨力约为0.5μrad.最后将此系统应用于激光大气传输倾斜像差校正实验中,实验结果表明,该系统能够有效提高光斑能量集中度并降低光斑漂移,可以应用于激光大气传输中对倾斜像差的校正.

摘要： 在远场散斑投影成像系统上整合大气闪烁指数测量功能,有助于全面分析激光大气传输特性及其对光电系统性能的影响.但是在大口径接收时,大气闪烁会因孔径平滑效应而变得微弱,光源稳定性引起的强度起伏会更为明显.针对这一问题,基于光源强度起伏和大气闪烁的乘性调制假设,建立了考虑光源强度起伏的大气闪烁指数的测量模型.利用光源强度起伏不随孔径变化而大气闪烁随孔径变化这一差异性,通过投影光学在同一时刻测量两个不同接收孔径上的光强闪烁,结合弱起伏条件下的孔径平滑因子来求解测量模型,从而分别估计大气闪烁指数和光源强度闪烁指数.实验结果表明,在孔径0.05 m至0.4m之间,实测值和理论估计值的最大相对误差小于9.685％,理论模型与实验符合度较高.采用该方法可以在投影光学上实现弱起伏条件下的大气闪烁指数估计.

摘要： 当湍流不稳定时,在折射率谱的高频端会出现特殊的能量注入而形成狭窄的高频"泵浦(bump)"结构.采用数值模拟的方法研究分析了该高频bump结构的性质及其对激光大气传输的影响.数值模拟结果表明:高频bump的存在使得光强起伏功率谱的高频端出现了尖峰结构并伴有次频成分;随着折射率谱中bump强度的增大,光强起伏功率谱的高频端渐渐偏离-8/3幂律而下降速度减慢;高频bump还使得光束发生扩展,光束有效半径随bump强度的增大而先增大后减小最后趋于一稳定值,光束有效半径随bump宽度的增大而增大,最大的光束有效半径可以达到不存在bump时光束有效半径的数倍.

摘要： 用非自适应坐标变换技术求解聚焦强激光大气传输的热晕问题,实践表明对提高计算精度和速度十分有效,但在焦平面附近的计算,由于热量散焦作用,原有技术有一定困难,通过提出一种改进非自适应坐标变换技术,克服了原有变换的缺陷,有效提高计算精度和速度,并减少计算机内存.

摘要： 本文介绍了利用 SBS 技术实现了强激光大气远距离、无畸变及高集中能量传输。大气湍流畸变被SBS有效补偿。实验中,以口径200mm 的反射镜作为配合目标,距离地面50米的楼顶上 Nd:YAG激光系统发射探测光，激光在大气中传输最远距离为 1.27 公里。采用主动探测方式，测得入射到目标处的相位共轭光能量为 78mJ。用 CCD 记录了目标处信标光和共轭光光斑及空间光强分布，观察到 SBS 相位共轭光能量集中的过程。另外，本文给出了 5-10 公里激光传输实验设计方案。

摘要： 近年来高能固体激光器研究及小型电源技术取得了很大的进展,使得利用电源提供能量的高能激光器在近期的应用成为可望实现的目标.但由于高能激光系统设计复杂,且造价高,需要在激光系统设计制造之前对系统性价比进行优化,并对系统性能进行评估.其中选择激光器主要考虑激光波长位于大气窗口,使得经大气传输后激光能量衰减尽可能小;光学系统设计主要考虑物理光学效应的限制及增加自适应光学系统对大气效应引起的光束畸变进行校正.大气传输与补偿模拟程序可对包括高能激光系统、激光大气传输效应等进行全程数值模拟,从而可在高能激光系统设计制造之前对系统性能进行评估,或对现有高能激光系统性能及其对靶目标的损伤效果进行评估.

摘要： 固体激光器是一种具有重要应用背景的高功率激光器,对包括激光波长、光束发射口径、发射功率、光束质量等在内的激光器参数的选择进行了分析,研究了大气介质的光学性质、激光大气传输效应以及激光辐射与靶目标的耦合机制与耦合效率等因素的影响.相关结果表明100kW的固体激光器的综合效能可与2～3倍平均输出功率的DF化学激光器相当,这说明高平均功率固体激光器是一种具有潜在优势和良好发展前景的高功率激光器.

摘要： 数值模拟计算是对激光大气传输及其补偿效果进行定量研究的重要手段,而合理的选取计算参数才能够保证数值结果的准确.文中首先从数值计算所要求的一些数学及物理条件出发,推导出在选取计算网格时所应遵循的规律,并且结合高斯及平台传输光束热畸变后的相位分布,得到了网格间距与Bradley-Hermann热畸变参数N的关系.依据此关系可迅速确定合理的计算网格,从而由准确的数值模拟结果定量评价激光大气传输及其补偿的效果.

摘要： 自由空间光通信(FSO)是以激光为信息载体、大气为传输介质的点对点通信，将成为未来通信的最佳解决方案之一。详细介绍了该系统的构成、工作原理、网络拓扑结构以及通过计算得出系统的通信能力和通信质量将主要取决于激光光束的传播情况的结论;重点研究了系统的关键技术及其应用。对自由空间光通信和当前主流通信方式进行了比较，并对自由空间光通信的发展趋势进行了展望。

摘要： 自由空间光通信(FSO)是以激光为信息载体、大气为传输介质的点对点通信，将成为未来通信的最佳解决方案之一。详细介绍了该系统的构成、工作原理、网络拓扑结构以及通过计算得出系统的通信能力和通信质量将主要取决于激光光束的传播情况的结论;重点研究了系统的关键技术及其应用。对自由空间光通信和当前主流通信方式进行了比较，并对自由空间光通信的发展趋势进行了展望。

摘要： 自由空间光通信(FSO)是以激光为信息载体、大气为传输介质的点对点通信，将成为未来通信的最佳解决方案之一。详细介绍了该系统的构成、工作原理、网络拓扑结构以及通过计算得出系统的通信能力和通信质量将主要取决于激光光束的传播情况的结论;重点研究了系统的关键技术及其应用。对自由空间光通信和当前主流通信方式进行了比较，并对自由空间光通信的发展趋势进行了展望。

摘要： 本发明公开一种基于机器学习的激光大气湍流传输特性分析方法。本方法首先在不同外界传输条件下，执行接收光信号强度起伏归一化方差测量操作，创建多层前向神经网络的训练样本集；然后用创建出的训练样本集训练多层前向神经网络，使多层前向神经网络逼近接收光信号强度起伏归一化方差与外界传输条件之间的函数关系；最后使用多层前向神经网络来获得特定外界传输条件下的接收光信号强度起伏归一化方差。由于本方法使用无量纲参量作为多层前向神经网络的输入，因此本方法建立的多层前向神经网络可以用于预测那些没有开展过实验测量的外界传输条件下的接收光信号强度起伏归一化方差。

摘要： 本发明公开一种从激光大气湍流传输光斑图像提取真随机数的方法。该方法通过测量经过大气湍流传输的激光光斑图像，把光斑图像的光强起伏当作真实物理随机源，从其中提取二进制真随机比特序列。该方法把CCD探测器输出的光斑图像划分成像素子块阵列，计算各个像素子块的像素灰度值的总和。该方法首先排除那些像素灰度值总和的时间平均值小于给定阈值的像素子块，然后以像素子块的像素灰度值总和的时间平均值作为阈值，如果像素子块的像素灰度值总和大于阈值则产生比特1，否则产生比特0。

摘要： 本发明涉及一种激光大气湍流传输的分布式计算机集群并行模拟方法，该方法使用基于稀疏谱模型的随机相位屏生成技术来产生随机相位屏的采样值；在模拟开始前，由控制结点计算机负责生成每个随机相位屏对应的随机复振幅集合和随机二维波失量集合，并把它们传送给各台模拟结点计算机；在模拟过程中，各台模拟结点计算机动态地向控制结点计算机申请模拟任务。该方法能用控制结点计算机把激光大气湍流传输的空时变化特性模拟任务动态地分配给各台模拟结点计算机，从而能够充分地利用分布式计算机集群的并行计算能力来缩短计算机数值模拟时间。

摘要： 本发明公开一种基于机器学习的激光大气湍流传输特性分析方法。本方法首先在不同外界传输条件下，执行接收光信号强度起伏归一化方差测量操作，创建多层前向神经网络的训练样本集；然后用创建出的训练样本集训练多层前向神经网络，使多层前向神经网络逼近接收光信号强度起伏归一化方差与外界传输条件之间的函数关系；最后使用多层前向神经网络来获得特定外界传输条件下的接收光信号强度起伏归一化方差。由于本方法使用无量纲参量作为多层前向神经网络的输入，因此本方法建立的多层前向神经网络可以用于预测那些没有开展过实验测量的外界传输条件下的接收光信号强度起伏归一化方差。

摘要： 本发明公开一种从激光大气湍流传输光斑图像提取真随机数的方法。该方法通过测量经过大气湍流传输的激光光斑图像，把光斑图像的光强起伏当作真实物理随机源，从其中提取二进制真随机比特序列。该方法把CCD探测器输出的光斑图像划分成像素子块阵列，计算各个像素子块的像素灰度值的总和。该方法首先排除那些像素灰度值总和的时间平均值小于给定阈值的像素子块，然后以像素子块的像素灰度值总和的时间平均值作为阈值，如果像素子块的像素灰度值总和大于阈值则产生比特1，否则产生比特0。

摘要： 本发明涉及一种激光大气湍流传输的分布式计算机集群并行模拟方法，该方法使用基于稀疏谱模型的随机相位屏生成技术来产生随机相位屏的采样值；在模拟开始前，由控制结点计算机负责生成每个随机相位屏对应的随机复振幅集合和随机二维波失量集合，并把它们传送给各台模拟结点计算机；在模拟过程中，各台模拟结点计算机动态地向控制结点计算机申请模拟任务。该方法能用控制结点计算机把激光大气湍流传输的空时变化特性模拟任务动态地分配给各台模拟结点计算机，从而能够充分地利用分布式计算机集群的并行计算能力来缩短计算机数值模拟时间。

摘要： 一种激光大气传输湍流模拟及远场光斑检测仪，涉及一种激光载波测控与通信技术，为了实现对激光远场传输过程中的大气湍流与振动的模拟，并能够检测有湍流和无湍流条件下的激光远场光斑，评价激光发射系统的多项性能，采用湍流与振动模拟组件、远场光斑检测组件和光学组件实现了对激光远场传输过程中的大气湍流与振动的模拟，并能够检测有湍流和无湍流条件下的激光远场光斑，评价激光发射系统的多项性能。该检测仪通过软件注入实测的大气参数，使大气湍流模拟更加真实可信，可用于激光工程应用中系统的设计、装调、检测和模拟实验，节约人力物力，为激光传输设备的研制提供技术支持。

摘要： 本发明公开了一种激光大气湍流传输特性的动态模拟装置，该装置包括激光器、探测器以及若干反射镜，还包括平移机构和相位屏，每个相位屏的表面起伏形貌符合科尔莫格罗夫功率谱的二维分布，各相位屏独立地由平移机构控制，在垂直于激光光束的平面内平动，以模拟激光大气湍流的动态相位畸变。本发明提供的技术方案利用微加工技术刻蚀的玻璃板制作相位屏并通过平移机构控制以实现激光大气传输的动态模拟，解决了现有技术中面临的仪器昂贵、装置复杂、分辨率低以及光衰减严重不宜传输强光的诸多问题。

摘要： 本发明公开了一种基于多层复数相位屏表征的远场激光大气传输仿真方法，利用复数相位屏综合表征不同传输距离处的大气衰减、大气湍流和大气热晕三种大气光学效应；基于求得的复数相位屏，通过构建离散传输路径下的多层相位屏数值仿真方法，得到远场激光的功率密度分布，从而实现远场激光大气传输仿真过程。本发明通过引入复数相位屏，其实质是将大气光学中复杂的光学效应等效表征为复折射率的扰动效应，可以综合表征激光传输过程中大气衰减、大气湍流和大气热晕等光学效应，为激光大气传输仿真方法提供了理论和算法基础。

摘要： 一种激光大气传输湍流模拟及远场光斑检测仪，涉及一种激光载波测控与通信技术，为了实现对激光远场传输过程中的大气湍流与振动的模拟，并能够检测有湍流和无湍流条件下的激光远场光斑，评价激光发射系统的多项性能，采用湍流与振动模拟组件、远场光斑检测组件和光学组件实现了对激光远场传输过程中的大气湍流与振动的模拟，并能够检测有湍流和无湍流条件下的激光远场光斑，评价激光发射系统的多项性能。该检测仪通过软件注入实测的大气参数，使大气湍流模拟更加真实可信，可用于激光工程应用中系统的设计、装调、检测和模拟实验，节约人力物力，为激光传输设备的研制提供技术支持。