激光中继镜系统的上行光束模拟
激光对中仪的工作原理
激光对中仪的工作原理首先，激光对中仪通过激光发射器发射出一束强度和方向稳定的激光束。
这里的激光指的是一种特殊的高亮度、高相干性、高单色性的光束。
激光发射器一般采用半导体激光二极管或固体激光器作为光源，发射出的激光束经过透镜系统进行聚焦，使其光斑尽可能小且能量密度均匀。
其次，激光束经过聚焦透镜系统后，被测物体反射、散射或透射部分激光束。
这些反射、散射或透射的光经过接收系统接收并转化为电信号。
接收系统一般由接收器、滤波片、光敏探测器等组成。
滤波片可以选择对激光波长进行选择性透过，以减小其他波长的光的干扰。
光敏探测器将接收到的激光信号转化为电信号，通过电路放大、滤波等处理，得到一个幅度合适的电信号。
然后，激光对中仪通过运算分析已接收到的激光信号，得到目标物体的位置或形状信息。
首先，利用准直仪校正信号，将接收到的激光信号进行初步对中。
准直仪是一种辅助设备，能够直观地显示激光对中的结果。
然后，在计算机或微处理器的控制下，对接收到的信号进行数据处理和解算。
这些解算包括计算激光束的入射方位、仰角、距离等信息。
根据已知的物体和仪器的几何关系，通过三角函数等几何算法，可以计算出目标物体的位置和姿态等信息。
最后，激光对中仪通过显示器、指示灯或输出设备等将测量结果显示出来或者输出到其他设备中。
在现代化的激光对中仪中，通常还具备自动对准、自动跟踪、远程控制等功能，以提高测量的精度和效率。
总结起来，激光对中仪通过发射激光束、接收反射或散射光，并通过数据处理等步骤，确定被测物体的位置或形状。
激光对中仪在工业制造、建筑施工、地理测绘等领域得到广泛应用，它具有高精度、非接触测量、实时性强等优点，是一种重要的测量技术装置。
光刻机照明系统中继镜组的光场均匀性优化设计
光刻机照明系统中继镜组的光场均匀性优化设计
龚爽;杨宝喜;黄惠杰
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2022(51)3
【摘要】提出了一种快速计算光学系统像面照度均匀性的算法,通过近似算法计算系统数值孔径,并利用出射光瞳数值孔径表征像面照度。
利用该算法计算光场不均
匀性,将其作为自动优化过程中的评价函数之一,优化设计光刻机照明系统中继镜组。
通过Light tools软件对设计的中继镜组进行仿真验证,结果表明不同相干因子照明下掩膜面上的光场不均匀性均小于0.5%。
通过实验测试了设计的中继镜组的积分均匀性,结果表明各相干因子下,光场不均匀性小于1.21%,能够满足掩膜面上光场不均匀性的指标需求(<1.5%),验证了该快速评估算法可有效应用于中继镜组优化设计中。
【总页数】10页(P290-299)
【作者】龚爽;杨宝喜;黄惠杰
【作者单位】中国科学院;中国科学院大学
【正文语种】中文
【中图分类】O438
【相关文献】
1.高世代平板显示光刻机照明系统中梯形视场的设计与仿真
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佳倾角的优化设计4.实现台灯照明高均匀性的LED配光设计与仿真5.光控太阳能照明系统的优化设计
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附录 B
典型接线 .............................................30
B.1 B.2 B.3 B.4 B.5 控制器与 Panasonic MSDA 系列驱动器位置控制方式接线 .....................................................30 控制器与 SANYO DENKI PV1 系列驱动器位置控制方式接线 ...............................................31 控制器与 SANYO DENKI PY0/PY2 系列驱动器位置控制方式接线.................................................32 控制器与 YASKAWASERVOPACK 系列驱动器位置控制方式接线.................................................33 控制器与 YASKAWA SGDE 系列驱动器位置控制方式接线....................................................34
强激光在大气远距离传输与控制
激光中继镜技术的基本思想是通过置于高空或太空中的中 继镜系统接收激光源向其发射的激光束经系统校正净化后重新 定向发射到位于太空、大气或地面的目标上。中继镜技术将激 光系统的激光源与光束控制部分分离。
激光中继传输系统组成
• 中继镜系统最初设计方案为单镜结构，即中继镜系统由一台光 学耦合望远镜、跟踪与瞄准等部分组成，望远镜既用于光束的 耦合接收又用于光束的瞄准发射。 • 中继镜系统的设计方案由单镜结构发展为双焦结构。双焦中继 镜系统由两台光学耦合望远镜、对准系统、光束校正与净化装 置、控制处理系统、视轴稳定系统等部分组成，可分为对准接 收、光束校正与净化、瞄准与发射三大模块。两台光学耦合望 远镜一台为接收望远镜，用于对准并接收来自激光源的入射光 束；另一台为发射望远镜，用于将经光束校正与净化系统校正 与净化后的激光束瞄准发射到目标上。目前在实验研究中均采 用双焦结构的中继镜系统。
包括上下两个可以独立 旋转的部分。上部分为 发射系统，下部分为接 收系统。两个系统由一 个共同轴连接(也可以 不共轴)，接收望远镜 与激光源的对准，发射 望远镜与目标的对准有 各自的跟踪系统完成。 在接收和发射系统之间， 有一个光束净化系统。 中继镜光学实验平台
实验室模拟中继镜系统光路简图
中继镜的接收望远镜和发射望远 镜均可以绕各自的方位轴和俯仰 轴旋转，实现中继镜与目标或地 面发射系统一定范围的动态链接。 沿方位轴的旋转保证了中继镜水 平方向 360°的指向，沿俯仰轴 的转动，保证垂直方向一定角度 的指向。
提纲
一.激光中继传输系统简介 二.激光中继传输系统组成
三.激光中继传输系统初步设计
四.激光中继传输系统的优势和挑战
激光中继传输系统简介
• 为了减少激光在大气传输过程中的光斑扩展，提高激光的 光束质量，避免传输路径上障碍物的遮挡，可以考虑采用 激光中继传输。中继系统接收地面激光器发射来的激光， 同时对其进行校正，然后根据需要将激光重定向到另一位 置。
激光中继镜系统的上行光束模拟
万图方１中数继据镜技术不意图
Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｒｅｌａｙ ｍｉｌＴＯｌ＂ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
图２常规激光系统的工作不意图 Ｆｉｇ．２ Ｗｏｒｋ ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｇｅｎｅｒＭ
ｌａｓｅｒ ｓｙｓｔｅｍ
激光中继镜系统与常规的激光系统相比，具有受 大气影响小、作战范围广、系统隐蔽生存能力强、对重 要目标具有特定作用能力等多方面的优势１４），在军事上 具有很好的应用前景。低能中继镜系统可用于情报和 图片搜集、导弹的引导、地面干扰、激光通信、激光致盲 等；高能中继镜系统可对重要目标直接作用‘５１。
ｍｉｒｒｏｒ ｕｐｌｉｎｋ ｂｅａｍ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａｎｄ ｉｔ ｗａｓ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｄ ａｓ ａ ｖａｃｕｕｍ ｄｉｓｔａｎｔ ｆｉｅｌｄ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ．
Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗａｙ ｏｆ ｕｐｌｉｎｋ ｂｅａｍｓ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｃｅｉｖｅｄ
（２）不同传输距离ｚ处接收场日（尺）的相位分布， 如图５所示。
图６１．５ｍ口径下俨ｚ的关系曲线
ｏｆ杷 Ｆｉｇ．６ Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ ｃｕｒｖｅ
ｕｎｄｅｒ Ｒ＝１．５ ｎｌ
Ｒ／ｍ
图７不同距离下ｒｒ－Ｚ关系曲线 Ｆｉｇ．７ Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ７卜Ｚ
ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｚ
万方数据
置／ｍ
Ｒ／ｍ
图９不同传输距离处接收场的相位分布图
Ｆｉｇ．９ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｆｉｅｌｄ ｐｈａｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｚ
激光中继镜传输的等效菲涅耳数分析
（ １ ． 军事 医学科学院 科技 部 ， 北京 １ ０ ０ ０ ７ １ ； ２ ． 国防科技 大学 光 电科学与工程 学院 ， 湖 南 长沙 ４ １ ０ ０ ７ ３ ）
摘 要 ：中继镜 系统被认 为是 一种 能有 效降低 大 气对激 光影 响 并提 升 激光 打击 范 围的新 型 高能激 光 系统。 激 光 中继镜传 输优 势评判 标 准以及应 用优 势 范 围分析 是 中继镜技 术研 究 的重要 内容 。 文章 建立 了 中继镜 系统 光束传 输模 型 ， 详 细推 导 了真 空和 湍 流条件 下激光 中继镜 传输 过程 的等 效菲 涅耳数 ， 分 析 了光束 中继镜 传输 过程 的性 能评价 因子 以及 光束传 输性 能与 等效 菲涅耳数 的 关 系，在 此基 础 上分 析 了激光 中继镜 传输 应 用优 势 范 围的求解 方 法 ，并 对 Ｈ ｕ ｆ ｎ ａ ｇ ｅ １ Ｖａ ｌ ｌ ｅ ｙ ５ ／ ７湍流模 型 条件 下 光 源波 长
第４ ２卷 第 ｌ ２期
ＶＯ １ ． ４ ２ Ｎ Ｏ． １ ２
红 外 与 激 光 工 程
Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ３年 ｌ ２月
Ｄｅ ｃ ． ２ ０ １ ３
激 光 中继镜 传 输 的等 效 菲 涅 耳数 分 析
中 图 分 类 号 ：０４ ３ ６； ０４ ３ ９ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ７ — ２ ２ ７ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２ — ３ ２ １ ８ — ０ ５
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｅ ｑ ｕｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ Ｆｒ ｅ ｓ ｎｅ ｌ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｏ ｆ ｂ ｅ ａ ｍ ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
激光武器光电跟踪瞄准系统的设计与仿真
本科毕业设计论文题目激光武器光电跟踪瞄准系统的设计与仿真专业名称学生姓名指导教师毕业时间2014年6月西北工业大学明德学院本科毕业设计论文毕业 任务书一、题目光电跟踪瞄准控制系统的分析与设计二、指导思想和目的要求1．利用已有的专业知识，培养学生解决实际工程问题的能力；2．锻炼学生的科研工作能力和培养学生的攻关能力；三、主要技术指标1．详细分析光电跟踪瞄准控制系统组成和机理；2．设计光电跟踪瞄准控制系统；3．对所设计的光电跟踪瞄准控制系统进行仿真验证及分析；四、进度和要求第01周----第02周： 英文翻译；第03周----第05周： 光电跟踪瞄准控制系统机理研究；第06周----第07周： 熟悉Matlab/Simulink 等相关软件；第08周----第13周： 设计光电跟踪瞄准控制系统；第14周----第16周： 建立控制系统仿真模型进行验证分析；第17周----第18周： 撰写毕业设计论文，论文答辩；五、主要参考书及参考资料1.张秉华，张守辉.光电成像跟踪系统[M].成都：电子科技大学出版社.2.刘廷霞.光电跟踪系统复合轴伺服控制技术的研究[D](博士学位论文)，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所.3.王建立.光电经纬仪电视跟踪捕获快速运动目标技术的研究[D](博士学位论文)，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所.4.冯艳平.星间光通信ATP 跟踪控制环路研究及FPGA 实现[D](硕士学位论文)，电子科技大学.学生 指导教师 系主任设计论文摘要近年来，随着精确制导武器技术的不断发展和作战样式的改变，以美国为首的西方发达国家纷纷把发展精确制导武器的重点转向了防区外中远程精确打击武器之上。
发展“高能激光武器系统”可有效对抗中远程精确打击武器这一新的作战目标。
本文重点在于激光武器装备中，精密捕获、跟踪、瞄准系统的分析与设计。
它与一般光电测量系统的区别在于，它不仅要求将运动目标稳定跟踪在规定视场内，而且要求将光束锁定在目标某一点上。
激光束传输与变换 第九讲
1) f确定, 02和l2随l1变化的情况
在l1>>f的情况下,经过薄透镜变换后的束腰 半径与波长和透镜焦距成正比,而与透镜的 光斑尺寸成反比.因此,选择短波长激光和短 焦距透镜可以获得小的光斑.
2) l1一定, 02和l2随f变化的情况
根据02的表达式
0.0 0
f
2) l1一定, 02和l2随f变化的情况
相对焦移量/f在不同参数z01/f取值下随l1/f 的变化.
2.薄透镜对高斯光束的聚焦
根据前面的讨论
02
f 01 (l1 f ) z
2 2 01 2
(l1 f ) f l2 f 2 2 (l1 f ) z01
2.薄透镜对高斯光束的聚焦
在焦距f确定或者l1固定的条件下,分析 “像方”高斯光束腰斑半径02及其位置 参数l2的变化规律.
1.薄透镜对高斯光束的变换
利用高斯光束变换的ABCD定律,可求出高 斯光束光腰半径之比为
02 l2 f f2 l f (l f ) 2 z 2 1 1 01 01
2
Hale Waihona Puke 因此,在薄透镜的情况,要实现光腰—光腰 的变换,光腰距离相应透镜焦点的距离l2-f 与l1-f必须同号.
2 失调望远镜系统
变换矩阵元素为
l2 f2 A f1 f 2 f1 f1 l2 ( f1 ) l1 ( f 2 ) l1l2 B f1 f 2 f2 f1 f1 f 2 C f1 f 2 l1 f1 D f1 f 2 f 2 f 2
本节内容
激光振镜场镜原理(精)
光纤激光器原理：光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。
泵浦源由一个或多个大功率激光二极管阵列构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。
光纤激光器特点光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值，光束质量好和窄线宽等优点。
并且，光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点；超长的工作寿命和免维护时间，平均免维护时间在10万小时以上。
光纤激光器原理图1:峰值功率：脉冲激光器，顾名思义，它输出的激光是一个一个脉冲，每单个脉冲有一个持续时间，比如说 10 ns(纳秒)，一般称作单个脉冲宽度，或单个脉冲持续时间，我们用 t 表示。
这种激光器可以发出一连串脉冲，比如，1 秒钟发出 10 个脉冲，或者有的就发出 一个脉冲。
这时，我们就说脉冲重复(频)率前者为 10，后者为 1，那么，1 秒钟发出 10 个脉冲，它的脉冲重复周期为 0.1 秒，而 1 秒钟发出 1 个脉冲，那么，它的脉冲重复周期为 1 秒，我们用 T 表示这个脉冲重复周期。
如果单个脉冲的能量为 E ， 那么 E/T 称作脉冲激光器的平均功率，这是在一个周期内的平均值。
例如， E= 50 mJ(毫焦)， T = 0.1 秒， 那么，平均功率 P 平均 = 50 mJ/0.1 s = 500 mW 。
如果用 E 除以 t ，即有激光输出的这段时间内的功率，一般称作峰值功率(peak power)，例如，在前面的例子中 E = 50 mJ, t = 10 ns,P 峰值 = 50 ×10^(-3)/[10×10^(-9)] = 5×10^6 W = 5 MW(兆瓦)，由于脉冲宽度 t 很小，它的峰值功率很大。
中继镜系统上行传输的数值模拟
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｋ ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ｆ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｙ ｍｉ ｒ ｒ ｏ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｊ ｉ ｎ ｇ ｈ ｕ ｉ ， Ｆ ａ ｎ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｙ ｕ ， Ｍａ Ｈ ｕ ｉ ｍ ｉ ｎ ， Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｐ ｅ ｎ ｇ ｆ ｅ ｉ ， Ｗａ ｎ ｇ Ｈａ ｉ ｔ ａ ｏ ， Ｑｉ ａ ｏ Ｃ ｈ ｕ ｎ ｈ ｏ ｎ ｇ ， Ｗａ ｎ ｇ Ｙ ｉ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ
张京会 ， 范承 玉 ， 马 慧敏 ， 张鹏 飞 ， 王 海涛 ， 乔春 红 ， 王 英俭 （ 中 国科 学 院安徽 光 学精 密机械 研 究所 大气成 分 与光 学重 点 实验 室 ， 安徽 合 肥 ２ ３ ０ ０ ３ １ ）
摘 要 ： 利 用激 光 大气传输 四 维程序 ， 在 Ｈ— Ｖ ５ ／ ７湍流 模 型 下建 立 了双望远 镜 中继 镜 系统上 行传 输模 型 。数 值研 究 了地 面发 射 功率 对 中继 平 台接 收 望远 镜 与地 面发 射 望远镜 之 间的耦 合 效 率 以及 中继 平
第 ４ ２卷 第 ２期
ＶＯ １ ． ４２ ＮＯ． ２
红 外 与 激 光 工 程
Ｉ ｎ ｒａ ｆ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ３年 ２ 月
Ｆｅ ｂ． ２０１ ３
中继 镜 系统 上 行 传 输 的数 值 模 拟
ｗａ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ． Ｕｎ ｄ ｅ ｒ Ｈ —Ｖ５ ／ ７ ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ，ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｈ ｉ ｐ ｂｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｌ ａ ｕ ｎ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｉ ｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｂｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ ａ ｔ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｙ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｌ ｅ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈｅ
分类号O439P427学号090...
分类号O439；P427.1 学号 ******** ＵＤＣ 密级公开工学博士学位论文中继镜系统光束传输与控制优化研究博士生姓名吴慧云学科专业光学工程研究方向高能激光技术及应用指导教师赵伊君教授/院士陈金宝研究员许晓军研究员国防科学技术大学研究生院二〇一二年三月Study on Beam Propagation and ControlOptimization in a Relay Mirror SystemCandidate：Wu HuiyunSupervisor：Prof. Zhao YijunProf. Chen JinbaoProf. Xu XiaojunA dissertationSubmitted in partial fulfillment of the requirementsfor the degree of Doctor of Engineeringin Optics EngineeringGraduate School of National University of Defense Technology Changsha，Hunan，P.R.ChinaMarch，2012目录摘要 (i)ABSTRACT (iii)第一章绪论 (1)§1.1 课题背景 (1)1.1.1中继镜技术的诞生背景 (1)1.1.2中继镜技术的基本概念 (3)1.1.3中继镜技术的应用前景 (4)§1.2 中继镜技术的国内外发展概况 (7)§1.3 课题主要研究思路和内容安排 (11)第二章真空条件下中继镜系统的可行性分析 (14)§2.1 中继镜系统结构组成分析 (14)2.1.1单镜结构中继镜系统 (14)2.1.2双焦结构中继镜系统 (15)§2.2 中继镜系统光束传输理论分析 (18)2.2.1激光真空传输理论 (18)2.2.2中继镜系统光束真空传输理论 (18)2.2.3上行链路最优传输方式 (22)2.2.4上行链路传输对二次光源性能的影响 (23)§2.3 真空条件下中继镜系统可行性理论分析 (25)2.3.1激光中继镜真空传输等效菲涅耳数 (25)2.3.2激光中继镜真空传输可行条件分析 (26)2.3.3具体事例 (27)§2.4 中继镜系统光束真空传输缩比实验 (29)2.4.1 实验装置 (29)2.4.2 参数设置 (32)2.4.3 实验结果 (32)§2.5 本章小结 (34)第三章湍流条件下中继镜系统的可行性分析 (35)§3.1 激光湍流传输理论分析 (35)3.1.1激光湍流传输数值模型 (35)3.1.2相位屏产生方法 (35)§3.2 湍流强度与分布形态对激光传输性能影响分析 (37)3.2.1 单层湍流 (37)3.2.2 连续湍流 (43)§3.3 湍流条件下中继镜系统光束传输理论分析 (44)3.3.1激光中继镜湍流传输过程的等效菲涅耳数 (44)3.3.2湍流条件下中继镜系统可行条件分析 (46)3.3.3具体事例 (47)§3.4 本章小结 (51)第四章双自适应装置对中继镜系统光束传输性能影响分析 (52)§4.1 中继镜系统自适应光学装置类型选取 (52)4.1.1自适应光学装置类型 (52)4.1.2中继镜系统自适应光学装置选取类型 (54)§4.2双自适应光学装置对中继镜系统性能影响数值模拟 (55)4.2.1双自适应光学系统数学模型 (55)4.2.2中继镜系统打击性能模拟 (56)§4.3 本章小结 (63)第五章中继镜系统光束传输能量效率分析及提升方法研究 (65)§5.1中继镜系统光束传输能量损耗分析 (65)5.1.1理论分析 (65)5.1.2数值模拟 (66)5.1.3缩比实验 (68)§5.2 基于光束全场整形提升中继镜系统上行链路能量耦合效率研究 (69)5.2.1基本原理 (69)5.2.2光束整形效果理论模拟 (71)5.2.3光束整形缩比实验 (73)§5.3 基于光束相干合成提升中继镜系统上行链路能量耦合效率研究 (77)5.3.1相干光束阵列湍流传输性能 (77)5.3.2相干合成中继镜系统原理 (82)5.3.3相干合成中继镜系统数值模拟 (84)§5.4基于涡旋光源提升中继镜系统上行链路能量耦合效率研究 (86)5.4.1涡旋光束传输性能 (87)5.4.2涡旋光源中继镜系统原理 (91)5.4.3涡旋光源应用效果理论模拟 (92)5.4.4缩比实验 (95)§5.5 本章小结 (98)第六章光束控制优化方法对中继镜系统性能提升效果分析 (99)§6.1光束整形对中继镜系统上行链路能量耦合效率提升效果分析 (99)6.1.1理论分析 (99)6.1.2数值模拟 (100)§6.2光束整形对中继镜系统打击性能提升效果分析 (104)6.2.1理论分析 (104)6.2.2数值模拟 (105)§6.3 本章小结 (107)第七章结束语 (109)§7.1 全文总结 (109)7.1.1论文研究的内容 (109)7.1.2论文的主要创新工作 (111)§7.2 展望与设想 (112)参考文献 (113)致谢 (126)攻读博士学位期间取得的主要学术成果 (129)表目录表2.1 CCD相机的主要参数 (31)表2.2 实验装置的主要参数 (32)表2.3 靶面光斑性能分析表 (34)表3.1 液晶空间光调制器的主要参数 (38)表3.2 靶面光斑的63％环围能量半径 (42)表4.1 不同校正精度下中继镜系统打击性能 (63)表5.1 上行接收光场功率分布 (68)表5.2 中继镜系统参数表 (71)表5.3 不同波长光源光束整形效果 (73)表5.4 不同光源中继镜系统上行链路能量耦合效率 (86)表5.5 涡旋光源中继镜系统参数表 (92)表5.6 不同波长涡旋光束中继镜系统上行链路性能表 (95)表6.1 光束整形前后的中继镜系统上行链路的能量耦合效率 (104)表6.2 不同校正精度下光束整形前后中继镜系统打击效果比较 (107)图目录图1.1 地基激光系统示意图 (1)图1.2 机载激光系统示意图 (2)图1.3 天基激光系统结构图 (3)图1.4 中继镜技术概念图 (4)图1.5 中继镜系统的未来应用 (4)图1.6 中继镜系统在ABL系统中的应用概念图 (5)图1.7 10km高度中继镜系统模型图 (5)图1.8 100kW舰载激光直接打击效果 (6)图1.9 10km高度中继镜系统打击效果 (6)图1.10 首次中继反射试验示意图 (7)图1.11 双焦结构中继镜示意图 (8)图1.12 美国ARMS研究计划 (8)图1.13 光源模块实物图 (9)图1.14 中继镜的三轴卫星模拟器 (9)图1.15 目标模块实物图 (9)图1.16 ARMS实物图 (10)图1.17 ARMS外场演示试验过程 (10)图2.1 中继镜系统硬件结构和光束传输过程 (14)图2.2 单镜结构中继镜光束传输图 (15)图2.3 光学实验平台实物图 (16)图2.4 双焦结构中继镜系统结构框图 (17)图2.5 中继镜系统光束传输过程 (19)图2.6 中继镜系统二次光源聚焦传输示意图 (20)图2.7 目标靶面峰值光强与上行传输过程相对焦距的关系曲线 (23)图2.8 二次光源功率比例与上行传输过程菲涅耳数的关系曲线 (23)图2.9 二次光源光束质量与上行传输过程菲涅耳数的关系曲线 (24)图2.10 二次光源性能评价因子与上行传输过程菲涅耳数的关系曲线 (24)图2.11 激光准直后聚焦传输模型图 (25)图2.12 中继镜系统模型图 (26)图2.13 上行接收光场强度分布 (27)图2.14 上行接收光场相位分布 (27)图2.15 目标靶面光斑峰值强度与的目标距离的关系曲线 (28)图2.16 40km目标靶面光斑强度径向分布 (28)图2.17 中继镜系统应用优势范围剖面图 (29)图2.18 中继镜系统光束传输缩比实验装置结构图 (30)图2.19 常规激光系统缩比实验装置结构图 (30)图2.20 中继镜系统光束传输缩比实验装置实物图 (30)图2.21 实验光源实物图 (31)图2.22 光源输出径向强度分布图 (31)图2.23 准直后聚焦传输时靶面光斑强度分布 (33)图2.24 聚焦传输时靶面光斑强度分布 (33)图3.1 等效相位屏方法原理图 (35)图3.2 激光单层湍流传输示意图 (37)图3.3 激光单层湍流传输实验装置 (38)图3.4 不同相干长度条件下的湍流相位屏分布 (39)图3.5 理想传输时靶面光强分布 (40)图3.6 理想传输时靶面光斑桶中功率比例曲线 (40)图3.7 靶面光强分布 (41)图3.8 靶面光斑桶中功率比例曲线 (41)图3.9 靶面光强分布 (42)图3.10 靶面光斑桶中功率比例曲线 (42)图3.11 靶面光斑的桶中功率比例曲线比较图 (42)图3.12 双层湍流实验装置 (43)图3.13 靶面光强分布图 (43)图3.14 靶面光斑桶中功率比例曲线 (44)图3.15 中继镜系统光束湍流传输模型 (44)图3.16 湍流条件下激光系统模型 (46)图3.17 机载激光中继镜系统模型 (48)图3.18 上行接收光场强度分布 (48)图3.19 上行接收光场相位分布 (49)图3.20 靶面峰值强度与目标高度曲线 (49)图3.21 地基激光中继镜系统模型 (49)图3.22 靶面峰值强度与目标横向距离曲线 (50)图3.23 地基激光中继镜传输的应用优势范围 (50)图3.24 不同大气条件下地基激光中继镜传输的应用优势范围 (51)图4.1 共轭式自适应光学系统原理图 (52)图4.2 优化式自适应光学系统原理图 (53)图4.3 中继镜系统工作原理图 (54)图4.4 双自适应光学系统模型 (55)图4.5 中继镜系统模型图 (56)图4.6 理想校正时上行接收光场强度分布 (58)图4.7 理想校正时靶面光场强度分布 (58)图4.8 理想校正时靶面光斑桶中功率比例曲线 (58)图4.9 上行光束相位残差分布 (59)图4.10 AO1相位校正的Zernike多项式系数 (60)图4.11 上行接收光场强度分布 (61)图4.12 AO2相位校正的Zernike多项式系数 (61)图4.13 目标靶面光场强度分布 (62)图4.14 目标靶面光斑桶中功率比例曲线 (63)图5.1 中继镜系统上行链路结构图 (65)图5.2 卡塞格林望远镜结构图 (66)图5.3 上行链路传输过程湍流相位屏分布 (67)图5.4“开环”工作时上行接收光场强度分布 (67)图5.5 “闭环”工作时上行接收光场强度分布 (67)图5.6 上行接收光束强度分布 (68)图5.7 光束全场整形原理 (69)图5.8 中继镜系统光束整形概念 (70)图5.9 光源相位优化过程评价函数收敛曲线图 (71)图5.10 光源最优化相位径向分布 (72)图5.11 整形前后上行接收光场强度径向分布图 (72)图5.12 不同波长光源相位优化过程评价函数收敛曲线图 (72)图5.13 中继镜系统光束整形缩比实验装置结构图 (73)图5.14 中继镜系统光束整形缩比实验装置实物图 (73)图5.15 相位优化计算过程优化评价函数与迭代次数关系曲线 (74)图5.16 LC-SLM1的最优相位分布 (75)图5.17 LC-SLM2的相位分布 (75)图5.18 整形前的上行接收光场强度分布 (75)图5.19 整形前的目标靶面光场强度分布 (76)图5.20 整形后的上行接收光场强度分布 (76)图5.21 整形后的目标靶面光强分布 (76)图5.22 相干光束阵列湍流大气传输模型图 (77)图5.23 阵列光源光场强度分布图 (79)图5.24 相干光束阵列目标光场强度分布 (80)图5.25 相干光束阵列目标光场能量耦合效率曲线图 (80)图5.26 单高斯光源目标光场强度分布 (81)图5.27 单高斯光源目标光束的能量耦合效率曲线 (82)图5.28 不同波长相干光束阵列的能量耦合效率曲线 (82)图5.29 不同波长单光源的能量耦合效率曲线 (82)图5.30 相干合成中继镜系统结构图 (83)图5.31 上行链路能量耦合效率与R的关系曲线 (84)图5.32 优化后的光源排布方式 (84)图5.33 相位优化过程评价函数与迭代次数关系曲线 (85)图5.34 相位优化前的上行接收光场强度分布 (85)图5.35 相位优化后的上行接收光场强度分布 (85)图5.36 单光源中继镜系统上行接收光束强度分布图 (86)图5.37 涡旋光束相位分布图 (87)图5.38 目标光场强度分布图 (89)图5.39 圆形暗核口径定义示意图 (89)图5.40 光源相位涡旋量不同取值时光束中心暗核口径大小 (89)图5.41 暗核口径大小与传输距离关系曲线图 (90)图5.42 目标光场强度分布 (91)图5.43 涡旋光源中继镜系统结构图 (91)图5.44上行链路能量耦合效率与光源相位涡旋量的关系曲线 (92)图5.45 涡旋光源上行接收光场强度分布图 (93)图5.46 高斯光源上行接收光场强度分布图 (93)图5.47 不同波长涡旋光源上行链路性能与相位涡旋量的关系曲线 (93)图5.48 1.315µm涡旋光源上行接收光场强度分布图 (94)图5.49 1.315µm高斯光源上行接收光场强度分布图 (94)图5.50 3.8µm涡旋光源上行接收光场强度分布图 (94)图5.51 3.8µm高斯光源上行接收光场强度分布图 (95)图5.52 涡旋光源中继镜系统上行链路缩比实验装置结构图 (95)图5.53 涡旋光源中继镜系统上行链路缩比实验装置实物图 (96)图5.54 液晶空间光调制器相位分布 (96)图5.55 涡旋光源上行接收光场强度分布 (97)图5.56 高斯光源上行接收光束强度分布 (97)图6.1 上行光束整形优化相位分布 (100)图6.2 上行链路等效相位屏分布 (101)图6.3 上行光束相位分布 (102)图6.4 上行接收光场强度分布 (102)图6.5 光束整形前的上行光束相位分布 (103)图6.6 光束整形前的上行接收光场强度分布 (104)图6.7 目标靶面光场强度分布 (106)图6.8 靶面光斑桶中功率比例曲线 (107)摘要中继镜技术是近年来备受各方瞩目的一项重要的新型激光系统作战概念，在军事上具有独特的应用背景。
超远距离激光中继通信实验成果
超远距离激光中继通信实验成果超远距离激光中继通信作为未来通信技术的重要分支，近年来取得了突破性进展，为实现全球无缝覆盖的高速数据传输网络奠定了坚实的基础。
这项技术利用激光束作为载波，通过精确指向与跟踪系统，在大气层内或外层空间进行数据传输，克服了传统无线通信手段在远距离传输中的信号衰减问题，展现了极高的传输速率与低延迟特性。
以下是该领域内六项关键成果的概述：一、技术原理与系统设计创新超远距离激光中继通信基于自由空间光通信(FSO)原理，利用高能量密度的激光脉冲携带信息，通过精密光学系统在大气或真空环境中传播。
近年来，研究者们开发出更为先进的激光发射与接收模块，结合自适应光学技术，有效对抗大气湍流引起的光束散射与畸变，大幅提高了通信链路的稳定性和可靠性。
例如，采用波前校正系统与动态光束指向控制技术，即使在恶劣天气条件下也能保持稳定的通信连接。
二、关键性能指标突破在传输距离上，实验中成功实现了地球表面至低轨道卫星甚至深空探测器之间的直接激光通信，传输距离达到数万公里乃至数十亿公里，如NASA的月球激光通信演示(LLCD)项目，首次实现地球与月球间的双向激光通信，传输速率达到622Mbps。
在数据传输速率方面，实验室条件下的点对点激光通信已达到太比特每秒级别，户外测试也展示了吉比特每秒以上的实际应用能力，这远超过现有无线电频谱资源的极限。
三、空间中继与星间链路应用随着太空互联网构想的推进，超远距离激光中继通信成为了构建全球卫星星座间高速数据回传的关键技术。
例如SpaceX的星链计划(SpaceX Starlink)和中国的天基互联网星座，均考虑利用激光作为星间通信的主要方式，以减少地面站依赖，实现卫星间高效、高速的数据交换。
此外，国际空间站上的激光通信实验也为未来的深空探测任务铺平道路，为火星及更远星球的探测器提供数据中继服务。
四、环境适应性与可靠性提升针对大气湍流、云层遮挡、雨雪等自然因素对激光通信的影响，科研团队进行了大量环境适应性研究与测试。
激光对中仪的工作原理及其应用
激光对中仪的工作原理及其应用
1.发射激光束：激光对中仪内部设有一种激光发射器，可以产生高度准直、能量密集且具有单色特性的激光束。
2.反射激光束：激光束照射到物体表面后，会发生光的反射。
反射光会以与入射光相同的角度离开物体表面，并携带着物体表面的信息。
3.接收光信号：激光对中仪内部设有一个或多个光电传感器，用于接收反射回来的光信号。
4.光信号处理：通过对接收到的光信号进行放大、滤波和光电转换等处理，将光信号转化为电信号，并进行相应的信号处理。
5.判断对中位置：通过分析处理后的电信号，激光对中仪可以判断物体是否处于预定的位置上。
根据设定的阈值，当接收到的信号强度超过或低于阈值时，即可判定为对中或对不中。
1.机械制造：在机械制造过程中需要进行装配和校正的地方，激光对中仪可以提供高精度的对中定位，提高生产效率和产品质量。
2.建筑工程：在建筑工程中，如建筑物的安装、水平标定、地面砖石的铺设等，激光对中仪可以帮助工人迅速准确地找到中心位置，简化施工过程。
3.光学仪器：在光学仪器制造和使用过程中，激光对中仪可以用来对准各个光学元件的正确位置，保证光路的精确度和系统的性能。
4.激光加工：在激光切割、激光打孔、激光焊接等激光加工过程中，激光对中仪可以提供高精度的对位定位，确保加工准确度和一致性。
5.靶标对准：在军事和航天领域，如导弹的靶标对准、航天器的对接等操作中，激光对中仪可以提供高精度的对正位置，确保操作的准确性和安全性。
总之，激光对中仪通过利用激光技术实现对物体的对中定位，具有高精度、高效率和高稳定性等优点，在各个领域具有广泛的应用前景。
激光振镜工作原理
激光振镜工作原理激光振镜，是由激光器和振镜两部分组成的光学系统。
激光振镜主要用于调节激光束的方向和位置，广泛应用于激光打标、激光切割、激光焊接、激光照明等领域。
下面将详细介绍激光振镜的工作原理。
激光振镜的工作原理是基于光学干涉的原理。
当激光通过半导体激光器发射出来后，进入振镜系统。
振镜由两块平面镜组成，一块为输入镜，另一块为输出镜。
输入镜和输出镜之间有一个角度，这个角度决定了激光束发射出去的方向。
输出镜上有一个小孔，通过调节小孔的位置和大小，可以调节激光束的位置和焦点。
当激光通过输入镜后，会被反射到输出镜上。
输出镜会将激光束反射回输入镜，形成来回反射的光路。
激光振镜的工作原理是利用光学干涉的原理，通过反射光束的相位差来调节激光束的方向和位置。
在激光振镜中，输入镜和输出镜之间的角度是一个关键参数。
改变这个角度，可以改变激光束发射的方向。
通常情况下，振镜会通过一个扫描驱动器来控制角度的改变。
扫描驱动器可以通过电机、电磁驱动器或者压电陶瓷来实现。
当输入镜和输出镜之间的角度发生变化时，激光束的方向也会发生变化。
通过控制扫描驱动器的工作，可以实现激光束在水平方向和垂直方向上的扫描。
这样，就可以实现激光束在一个特定区域内的定位和打标。
除了角度的控制，激光振镜还需要对激光束的位置进行调节。
通常情况下，激光束经过输出镜反射后，通过在输出镜上设置一个小孔来调节位置。
通过调节小孔的位置和大小，可以改变激光束在焦点处的位置和强度。
总之，激光振镜工作的原理是利用光学干涉的原理，通过反射光束的相位差来实现激光束的方向和位置的调节。
通过控制输入镜和输出镜之间的角度、扫描驱动器的工作和小孔的位置，可以实现激光束在一个特定区域内的定位和打标。
激光振镜的工作原理在激光加工领域具有重要的应用价值。
激光成像的仿真方法
激光成像的仿真方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：激光成像技术是一种利用激光作为光源进行成像的技术，具有高分辨率、高灵敏度和非接触成像等优点，被广泛应用于医学影像、工业检测和遥感等领域。
为了提高激光成像系统的性能和优化成像质量，仿真方法成为一种重要的研究手段。
一、激光成像系统的仿真模型激光成像系统的仿真模型包括透镜系统、CCD相机、激光发射源等不同部分。
首先需要建立透镜系统的仿真模型，包括透镜的焦距、孔径和像散等参数。
其次需要建立CCD相机的仿真模型，包括像素大小、光谱响应和信噪比等参数。
最后需要建立激光发射源的仿真模型，包括激光功率、光束直径和光斑质量等参数。
二、激光成像系统的仿真方法1. 光线追踪法。
光线追踪法是一种常用的激光成像系统仿真方法，通过追踪光线在系统内的传播过程，计算光线的入射点、入射角和传播路径等信息，从而得到相机接收到的光信号。
该方法可以精确模拟成像系统的光学性能，但计算量较大。
2. 数值模拟法。
数值模拟法是一种基于数值计算的激光成像系统仿真方法，通过数值模拟光场的传播过程，计算不同光场下成像系统的成像质量。
该方法可以快速得到系统的成像效果，但对光学模型和数值算法的精度要求较高。
3. 光学设计软件。
光学设计软件是一种常用的激光成像系统仿真工具，可以根据系统的光学参数和要求，快速设计出成像系统的结构和参数，并对系统进行仿真分析。
该方法具有直观性和易用性，适用于不同场景的成像系统设计和优化。
三、激光成像系统的仿真应用1. 成像质量优化。
通过仿真方法可以对激光成像系统进行优化，提高系统的分辨率、灵敏度和对比度等成像质量指标，从而得到更清晰和准确的成像结果。
2. 光学参数设计。
通过仿真方法可以对激光成像系统的光学参数进行设计和优化，包括透镜焦距、CCD像素大小和激光功率等参数，从而提高系统的性能和稳定性。
3. 成像系统评估。
通过仿真方法可以评估不同成像系统的性能和成像效果，比较不同设计方案的优劣，为系统的选型和改进提供参考。
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（ 国防科技 大 学 光 电科 学与 ． 程 学院 ，湖 南 长 沙 ４ ０７ ） Ｙ － １０ ３
摘 要 ： 绍 了激 光 中继 镜 技 术 的 概 念 和 激 光 中继 镜 系统 的 工 作 过 程 ， 析 了该 系 统 的 优 势 和 应 介 分 用 范 围 ， 立 了激 光 中 继 镜 系统 上 行 光 束 模 型 并 近 似 为 一 真 空远 场 衍 射 模 型 。 析 了上 行 光 束 的 传 输 建 分 方 式 并 计 算 了理 想 条 件 下 不 同传 输 距 离 Ｚ 处接 收 光 场 （ ） 强 度 、 位 分 布 以及 能 量接 收 效 率 与 尺的 相
接收望远 镜 口径 Ｒ和传输 距 离之 间 ｚ的关 系曲线 ， 最后 对结 果进 行 了分析 。得 出在理 想情况 下 ， ３中 － ＂
继 镜 系统 采 用 １５ｍ 口径 的 望 远 镜 发 射 和 接 收 波 长 ３８ ｖ 激 光 束 时 ， 着 衍 射 距 离 的 增 加 。接 收 场 ． ． ｍ 随 的 衍 射 远 场 特 性 逐 步 显 现 ， 传 输 距 离在 ５ ｍ 范 围 内， 对 ０ｋ 系统 的 能 量 接 收 效 率 在 ８ ％以 上 。 ５
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关键 词 ： 激光 中继镜技 术 ； 中继镜 系统 ； 上行光 束 ； 数 值模拟
中 图 分 类 号 ： ４ ； Ｊ５ Ｏ ３ Ｔ９ 文献 标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ７ ２ ７ （０ ８ ０ — ８ ４ ０ １０ — ２ ６ ２ ０ ）５ ０ ５ — ４
Ｕｐ ｉ ｋ ｂ ａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｆ ｒ ｔ ａ ｅ ｅ ａ ｉｒ ｒ ｓ ｓ ｅ ｌｎ ｅ ｍ ｓｍ ｌ ｔｏ ｏ ｈｅ ｌ ｓ ｒ ｒ ｌ ｙ ｍ ｒ ｏ ｙ ｔ ｍ
第３ 卷第５ ７ 期
Ｖ ｏ ．７ ＮＯ． １３ ５
红 外 与 激 光 工程
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２０ ０ ８年 ｌ ０月
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吴慧 云 ， 陈金 宝 ， 晓 军 许
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