强飞秒激光在云雾环境中的非线性传输

发布时间：2021-08-27 15:46

　　基于分层散射介质传输模型的概念,建立了综合考虑非线性光学效应、湍流扰动及粒子散射的飞秒激光云雾传输模型。利用该模型数值模拟了大气湍流和粒子散射等大气扰动类型对飞秒激光传输成丝动态演化过程的影响。结果表明,大气湍流能使脉冲形状产生不规则变化,对自聚焦成丝过程中的脉冲能量流动有重要影响;粒子散射可以使脉冲能量明显衰减,从而影响光丝的形成过程;飞秒激光在云雾环境中传输时,粒子数浓度越高,粒子半径越大,则形成光丝的长度越短,成丝过程中能量衰减越快,脉冲能量的总衰减量越多。研究结果可为真实大气条件下飞秒激光实际应用效能评估提供一定的理论依据。 

【文章来源】：光学学报. 2020,40(15)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

湍流相位屏模拟结果。

式中:r′为远场中点(x,y,z)与粒子间的直线距离;E l i 和E r i 分别为入射电场的平行散射分量和垂直散射分量;E l s 和E r s 分别为散射电场的平行散射分量和垂直散射分量;S(θ,φ,α,β,γ)为粒子的振幅函数,θ和φ分别为天顶角和方位角,α、β和γ均为粒子在空间中的取向角度。对于球形粒子,可以利用Mie散射理论来计算粒子的振幅函数S(θ,φ,α,β,γ)。球形粒子的散射特性与空间取向无关。因此,粒子的振幅函数只与散射角θ有关,即

式中:Nt为粒子数浓度;L×L为横截面方向计算范围。计算过程中,假定粒子随机分布在横截面计算空间格点上。分别在时间和空间上采用基于快速傅里叶变换的方法对(1)式进行数值求解[30]。光丝的直径一般在102 μm量级,因此计算网格的格距取的越小越好。但是随着网格精细化程度提高,计算效率又会大大降低。在模拟过程中,层间隔Δz=15 mm,横截面方向计算范围为7.5 mm×7.5 mm,格点数为512×512,格间距统一取为Δx=Δy≈15 μm。时间方向采用不均匀网格,脉冲中心时间步长为边缘步长的1/4,如图4所示。

【参考文献】：
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本文编号：3366633