留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

气动光学效应对激光扩束系统的影响

任晓坜 王继红 任戈 翟嘉 谭玉凤

任晓坜, 王继红, 任戈, 翟嘉, 谭玉凤. 气动光学效应对激光扩束系统的影响[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 1-5. doi: 10.3788/IRLA201948.S106001
引用本文: 任晓坜, 王继红, 任戈, 翟嘉, 谭玉凤. 气动光学效应对激光扩束系统的影响[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 1-5. doi: 10.3788/IRLA201948.S106001
Ren Xiaoli, Wang Jihong, Ren Ge, Zhai Jia, Tan Yufeng. Influence of aero-optic effect on laser beam expanding system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(S1): 1-5. doi: 10.3788/IRLA201948.S106001
Citation: Ren Xiaoli, Wang Jihong, Ren Ge, Zhai Jia, Tan Yufeng. Influence of aero-optic effect on laser beam expanding system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(S1): 1-5. doi: 10.3788/IRLA201948.S106001

气动光学效应对激光扩束系统的影响

doi: 10.3788/IRLA201948.S106001
详细信息
    作者简介:

    任晓坜(1983-),女,博士生,主要从事光束控制技术等方面的研究。Email:rxl200306@126.com

  • 中图分类号: TN24

Influence of aero-optic effect on laser beam expanding system

  • 摘要: 激光系统往往需要应对复杂的环境气流,同时由于激光扩束系统口径增大,其晶体窗口难以实现,环境气流更容易进入系统内部,从而影响光束质量。针对环境气流对激光扩束系统带来的气动光学效应问题,借助流体力学软件FLUENT对系统内部流场进行CFD求解,得到不同风力等级和进风角度下流场的各种参数分布,再通过Gladstone-Dale关系将流场密度场映射为折射率场,运用变折射率流场的光线追迹法,得到光束在该非均匀流场中的传输路径;最后结合数值分析方法,计算得到湍流场所带来的光学像差。结果表明,环境气流会给主次镜和反射镜周围引入较多涡流,因此不能忽略其光学效应,从而提出了一种增加扩束系统镜筒长度的方法来降低这一影响。镜筒加长0.5 m之后,扩束系统内部的涡流团可以避开光束传输的主要路径,其出口处波像差的RMS值从最初的0.317 m下降到0.078 m左右。研究证明了避免环境气流带来的气动光学效应的必要性,同时为扩束系统的流控和结构设计提供了参考数据和思路。
  • [1] Li Bo, Liu Hong. Aero-optical evaluation method for high speed flow[J]. Opto-Electronic Engineering, 2011, 38(5):21-29. (in Chinese)
    [2] Wang Kan, Wang Meng. Aerooptics of subsonic turbulent boundary layers[J]. Journal of Fluid Mechanics, 2012, 696:122-151. (in Chinese)
    [3] Ren Wei, Liu Hong. Effects of compressibility and knudsen number on the aero optics in hypersonic flow fields[J]. J Shanghai Jiaotong Univ, 2016, 21(3):270-279. (in Chinese)
    [4] Jiang Qianwen, Xin Yu, Zhou Zhichao, et al. Aero-optical effect of Laguerre-Gaussian vortex beams through a small-scale flow field[J]. Modern Physics, 2017, 7(6):273-281. (in Chinese)
    [5] Feng Dinghua, Pan Sha, Wang Wenlong, et al. Simulation and analysis of ray tracing in discretionary gradient refraction index medium[J]. Computer Simulation, 2010, 27(2):135-139. (in Chinese)
    [6] Li Guichun. Aero-Optics[M]. Beijing:National Defense Industry Press, 2007. (in Chinese)
    [7] George W Sutton. Aero-optical foundations and applications[J]. AIAA Journal, 1985, 23(10):1525-1537.
    [8] Eric J Jumper, Edward J Fitzgerald. Recent advances in aero-optics[J]. Progress in Aerospace Sciences, 2001, 37:299-339.
    [9] Chen Wentao, Gao Yunguo, Shao Shuai, et al. Dustproof method for large-diameter and wide-bandlaser emission pipe[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(10):2918-2925. (in Chinese)
    [10] Zhao Yan, Wang Tao, Xu Dong, et al. CFD grids based transmission model of the rays propagating through the hypersonic flow field[J]. Acta Armam, 2008, 29(3):282-286. (in Chinese)
    [11] Huang Zhanhua, Cheng Hongfei, Cai Huaiyu, et al. A study on universal ray tracing algorithm in the medium of variable refractive index[J]. Acta Optic Sin, 2005, 25(5):589-592. (in Chinese)
    [12] Stanislav Gordeyev, Eric Jumper. Fluid dynamics and aero-optics of turrets[J]. Progress in Aerospace Sciences, 2010, 46:388-400.
    [13] Christian Engfer, Enrico Pfller, Manuel Wiedemann, et al. Evaluation of the aero-optical properties of the SOFIA cavity by means of computational fluid dynamics and a super-fast diagnostic camera[C]//SPIE, 2012, 8444:1-12.
    [14] Ge Xiaolu, Huang Yinbo, Fan Chengyu. The effect of turbulence on laser propagating in atmosphere and compensation of adaptive optics[J]. J Atmosph Environ Opt, 2006, 1(1):27-32.
  • [1] 邢占, 陈晓依, 彭志勇, 杨志旺, 张贺龙, 邢忠福, 张宁.  红外气动光学效应研究进展与思考(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(4): 20220228-1-20220228-17. doi: 10.3788/IRLA20220228
    [2] 王稼禹, 李英超, 史浩东, 江伦, 王超, 刘壮, 李冠霖.  折反式望远系统全视场全口径偏振特性研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(3): 318004-0318004(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0318004
    [3] 熊浩西, 易仕和, 丁浩林, 徐席旺, 欧阳天赐.  三维无规则不均匀折射率场光线追迹新方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 503005-0503005(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0503005
    [4] 丁浩林, 易仕和, 吴宇阳, 张锋, 何霖.  基于BOS技术的气动光学流场传输效应成像偏移校正方法研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 418003-0418003(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0418003
    [5] 常浩, 叶继飞, 李南雷, 周伟静.  一种应用于激光微烧蚀的光学聚焦系统简化设计方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(9): 906007-0906007(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0906007
    [6] 马昊军, 王国林, 陈德江, 张军, 刘丽萍, 罗杰.  热环境条件下红外窗口气动光学传输效应实验研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(9): 904001-0904001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0904001
    [7] 丁浩林, 易仕和, 付佳, 吴宇阳, 张锋, 赵鑫海.  雷诺数对超声速气膜气动光学效应影响的实验研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(2): 211002-0211002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0211002
    [8] 丁浩林, 易仕和, 付佳, 朱杨柱, 何霖.  超声速湍流边界层气动光学效应的实验研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1018007-1018007(7). doi: 10.3788/IRLA201645.1018007
    [9] 穆生博, 宋俊儒, 李洋, 焦文春.  星载激光测距仪扩束系统的高精度装调 . 红外与激光工程, 2016, 45(3): 306006-0306006(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0306006
    [10] 常金勇, 强希文, 胡月宏, 宗飞, 李志朝, 封双连.  激光传输光束抖动效应的数值模拟 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 46-49.
    [11] 张金玉, 孟祥兵, 杨正伟, 王冬冬, 陶胜杰.  红外锁相法涂层测厚数值模拟与分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 6-11.
    [12] 王乃祥, 徐钰蕾, 史磊, 程志峰, 姚园.  高马赫飞行器迎风面与攻角对光学窗口周围流场的影响分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(4): 1267-1272.
    [13] 黄选平, 许东, 包实秋, 谭晓颂.  温度和应力动态变化对球形头罩的光传输影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1818-1822.
    [14] 郑勇辉, 孙华燕, 赵延仲, 张令军.  基于Zemax的探测激光气动光学畸变快速仿真 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 80-85.
    [15] 陈林, 杨立, 范春利, 吕事桂, 石宏臣.  线性调频激励的红外无损检测及其数值模拟 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1385-1389.
    [16] 孙杜娟, 胡以华, 李乐.  气溶胶“沉降—扩散”联合动态数值模拟 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 449-453.
    [17] 张士杰, 李俊山, 杨亚威, 陆敬辉, 李孟.  脉动流场光学传输效应仿真 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2576-2581.
    [18] 杜渐, 费锦东.  红外成像光学系统近场辐射噪声建模与仿真分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 1-5.
    [19] 李冰, 赵跃进, 张超, 郭小虎, 张镜水, 孔令琴.  非成像式激光告警系统的光学设计及优化 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1511-1516.
    [20] 何秉高, 安志勇, 高瑀含.  扩束系统设计与分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3825-3831.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  370
  • HTML全文浏览量:  46
  • PDF下载量:  42
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-01
  • 修回日期:  2018-12-14
  • 刊出日期:  2019-04-25

气动光学效应对激光扩束系统的影响

doi: 10.3788/IRLA201948.S106001
    作者简介:

    任晓坜(1983-),女,博士生,主要从事光束控制技术等方面的研究。Email:rxl200306@126.com

  • 中图分类号: TN24

摘要: 激光系统往往需要应对复杂的环境气流,同时由于激光扩束系统口径增大,其晶体窗口难以实现,环境气流更容易进入系统内部,从而影响光束质量。针对环境气流对激光扩束系统带来的气动光学效应问题,借助流体力学软件FLUENT对系统内部流场进行CFD求解,得到不同风力等级和进风角度下流场的各种参数分布,再通过Gladstone-Dale关系将流场密度场映射为折射率场,运用变折射率流场的光线追迹法,得到光束在该非均匀流场中的传输路径;最后结合数值分析方法,计算得到湍流场所带来的光学像差。结果表明,环境气流会给主次镜和反射镜周围引入较多涡流,因此不能忽略其光学效应,从而提出了一种增加扩束系统镜筒长度的方法来降低这一影响。镜筒加长0.5 m之后,扩束系统内部的涡流团可以避开光束传输的主要路径,其出口处波像差的RMS值从最初的0.317 m下降到0.078 m左右。研究证明了避免环境气流带来的气动光学效应的必要性,同时为扩束系统的流控和结构设计提供了参考数据和思路。

English Abstract

参考文献 (14)

目录

    /

    返回文章
    返回