一种计算自由空间中超高斯光束传输过程的方法技术

本申请涉及空间激光通信技术领域，具体而言，涉及一种计算自由空间中超高斯光束传输过程的方法，通过计算激光传输波矢的方法，模拟超高斯光束的传输过程，直观地计算出空间光在每一点轴向和径向的分量，准确获取激光经远距离传输后照射到目标上的光斑形状及光束质量。本申请利用超高斯光束解决高斯光束远场发散角矛盾的问题，利用波矢模拟超高斯光束的传输过程，推导了超高斯光束的传输方程，通过计算超高斯光束的波矢，来确定自由空间中每一点轴向和径向的波矢，为设计光学发射系统选取合适的参数提供了指导，从而能够获得对目标的最佳照射效果。照射效果。照射效果。

【技术实现步骤摘要】
一种计算自由空间中超高斯光束传输过程的方法


[0001]本申请涉及空间激光通信
，具体而言，涉及一种计算自由空间中超高斯光束传输过程的方法。

技术介绍

[0002]激光光束在自由空间的传输特性是空间激光通信等领域研究的关键问题。随着航天技术的发展，以微波通信为主的卫星通信技术无法满足现需的通信速率和保密要求，因此空间激光通信技术凭借其自身高速率、高通信容量、高保密性的特点脱颖而出。
[0003]相比于传统的微波通信，空间激光通信以激光作为信息的载体，通信的带宽、速率、频谱大大提升，空间激光通信提供了更多的信道，更便于组网，而且在太空传输的激光，基本属于直达通信，损耗很小，目前各国为了争取更多的空间资源都在着手开展相关研究，发展空间激光卫星通信网将成为必然趋势。
[0004]高斯光束是研究激光在自由空间中传输的关键，由高斯光束的远场发散角公式：
[0005][0006]可以得到高斯光束的束腰半径w0和远场发散角θ0的大小成反比关系，在实际空间光通信系统中需要获得远场发散角小的高亮度光斑。为了解决高斯光束远场发散角大的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算自由空间中超高斯光束传输过程的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：确定在初始平面z＝0处的超高斯光束的光场复振幅表达式；步骤2：将步骤1中的光场复振幅表达式代入近轴近似下的Collins积分公式；步骤3：得到距离轴向距离z处观测平面的超高斯光束的传输方程；步骤4：通过数值模拟的方法对超高斯光束的传输方程进行分析；步骤5：将分析结果与欧拉公式结合，得到出射平面z处最终的超高斯光束的传输方程；步骤6：根据最终的超高斯光束的传输方程，计算超高斯光束的波矢；步骤7：根据得到的超高斯光束的径向波矢和轴向波矢可以计算出自由空间中超高斯光束在每一点的轴向分量和径向分量；步骤8：从超高斯光束的初始平面z处开始，制作出轴向分量和径向分量随着轴向传输距离变化的曲线图；步骤9：根据曲线图获取超高斯光束经远距离传输后照射到目标上的光斑形状以及光束质量；步骤10：根据光斑形状以及光束质量指导光学发射系统调整合适的参数，获得对目标的最佳照射效果。2.根据权利要求1所述的计算自由空间中超高斯光束传输过程的方法，其特征在于，步骤1中，初始平面z＝0处的超高斯光束的光场复振幅表达式为：其中，公式(1)中，n＝1，2，
……
，代表超高斯光束的拓扑荷数；m＝1，2，
……
，代表超高斯光束的阶数；w0代表超高斯光束的束腰半径。3.根据权利要求2所述的计算自由空间中超高斯光束传输过程的方法，其特征在于，步骤2中，将公式(1)代入近轴近似下的Collins积分公式，得到：其中，公式(2)中，初始平面z＝0的坐标用表示，观测平面上的坐标用(ρ，θ，z)表示。4.根据权利要求3所述的计算自由空间中超高斯光束传输过程的方法，其特征在于，步骤3中，得到距离轴向距离z处观测平面的超高斯光束的传输方程为：其中，公式(3)中，J
v
(x)为v阶第一类贝塞尔函数；为真空中的波数。5.根据权利要求4所述的计算自由空间中超高斯光束传输过程的方法，其特征在于，步骤4中，通过数值模拟的方法对公式(3)进行分析，即当n＝0，m＝1时，将公式(3)变为下式：
6.根据权利要求5所述的计算自由空间中超高斯光束传输过程的方法，其特征在于，步骤5中，欧拉公式为：e
ix
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志远，高欣，王鹢，史亮，孙迎萍，王健，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：