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《熱暈效應(yīng)數(shù)值模擬中對(duì)計(jì)算參數(shù)的選取》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、!第"#卷!第"期強(qiáng)激光與粒子束$%&’"#，(%’"!!)**+年"月,-.,/0123456235(7/538-942:25;6<=>’，)**+!文章編號(hào)：!"**"?@A))（)**+）*"?***"?*@!熱暈效應(yīng)數(shù)值模擬中對(duì)計(jì)算參數(shù)的選取黃印博，!王英儉（中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所大氣光學(xué)中心，安徽合肥)A**A"）!!摘!要：!根據(jù)數(shù)值計(jì)算的抽樣原則，對(duì)激光大氣傳輸數(shù)值模擬中如何準(zhǔn)確地選取計(jì)算參數(shù)作了比較全面的分析，導(dǎo)出計(jì)算參數(shù)選取所應(yīng)遵循的判據(jù)。結(jié)合高斯光束及平臺(tái)光束準(zhǔn)直傳輸熱畸變后的相位分布，得到了網(wǎng)格間距
2、與:B=C&DE?,DBF=>>熱畸變參數(shù)的關(guān)系。在算出此熱畸變參數(shù)后，便可選定合適的網(wǎng)格間距，由數(shù)值結(jié)果便能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)實(shí)際激光大氣傳輸?shù)男Ч?。?shù)值結(jié)果表明，相同網(wǎng)格數(shù)、不同網(wǎng)格間距下數(shù)值結(jié)果的差別相對(duì)較大，若網(wǎng)格間距選取不當(dāng)，將給數(shù)值結(jié)果帶來(lái)較大誤差。!!關(guān)鍵詞：!熱暈效應(yīng)；!數(shù)值模擬；!計(jì)算參數(shù)；!網(wǎng)格間距!!中圖分類號(hào)：!8(*")!!!!文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：!5!!數(shù)值模擬是對(duì)激光大氣傳輸及其相位補(bǔ)償進(jìn)行理論研究的重要方面，也是對(duì)一些激光工程應(yīng)用中的大氣［"G@］傳輸問(wèn)題進(jìn)行定量評(píng)價(jià)的重要手段。通常，激光大氣傳輸可由傍軸近似的標(biāo)量波
3、動(dòng)方程進(jìn)行描述，即)")&)H!#（$，"）%!#（$，"）%!（’"）#（$，"）(*（"）)""&*式中：#（$）為光波函數(shù)；!I)"J!為波數(shù)，!為波長(zhǎng)；&（$，"）I&*K&LK&M為大氣折射率，&*為未受擾動(dòng)的大氣))))折射率，&L，&M分別為大氣湍流和大氣吸收激光能量加熱而引起的折射率擾動(dòng)；!I")"*K")"+，"軸表示光［"，AG+］束傳輸方向。在數(shù)值模擬中，激光傳輸方程通常采用相屏法求解，即光束的傳輸路徑是由真空和散布其間的若干薄相位屏所構(gòu)成。激光每傳輸?shù)揭粋€(gè)相屏?xí)r即把對(duì)應(yīng)的相位擾動(dòng)疊加到光波波前上，然后在真空
4、中傳輸至下一個(gè)相屏處，再疊加此相屏對(duì)應(yīng)的相位擾動(dòng)，再在真空中傳輸，如此迭進(jìn)直至終點(diǎn)。至于介質(zhì)對(duì)光波振幅的擾動(dòng)則體現(xiàn)在已疊加相位擾動(dòng)的光波在各相屏間的真空傳輸過(guò)程中所引起的振幅的改變上。!!若要通過(guò)數(shù)值結(jié)果準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)實(shí)際激光大氣傳輸?shù)男Ч紫缺仨毐ＷC數(shù)值計(jì)算的精度。本文就針對(duì)激光大氣傳輸數(shù)值模擬中如何準(zhǔn)確地選取計(jì)算參數(shù)進(jìn)行了比較全面的介紹，并著重根據(jù)數(shù)值計(jì)算的抽樣原則對(duì)計(jì)算參數(shù)的選取進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出在選取計(jì)算參數(shù)時(shí)所應(yīng)遵循的規(guī)律，結(jié)合高斯光束及平臺(tái)光束準(zhǔn)直傳輸熱畸變后的相位分布，得到了網(wǎng)格間距與:B=C&DE?,DBF=>>熱畸
5、變參數(shù),7的關(guān)系。這樣，在了解了激光發(fā)射系統(tǒng)基本參數(shù)及大氣參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值計(jì)算可迅速了解熱畸變參數(shù),7的大小，并根據(jù)推導(dǎo)所得的關(guān)系選取合適的網(wǎng)格間距，從而由數(shù)值結(jié)果對(duì)實(shí)際激光大氣傳輸?shù)男Ч鞒鰷?zhǔn)確評(píng)價(jià)。文中最后對(duì)選取不同計(jì)算參數(shù)時(shí)數(shù)值結(jié)果的差異進(jìn)行了比較分析，結(jié)果表明：在相同網(wǎng)格間距、不同網(wǎng)格數(shù)下數(shù)值結(jié)果的差別不大，但在相同網(wǎng)格數(shù)、不同網(wǎng)格間距下數(shù)值結(jié)果的差別相對(duì)較大，而且若選取的網(wǎng)格間距不當(dāng)，將會(huì)給數(shù)值結(jié)果帶來(lái)較大的誤差。!"理論分析［$，%］!#!"計(jì)算參數(shù)選取的要求!!計(jì)算參數(shù)的選取一般是指橫向抽樣網(wǎng)格間距!（*!+）
6、、抽樣網(wǎng)格數(shù),以及傳輸步長(zhǎng)!"等的選取，以下將根據(jù)數(shù)值計(jì)算的抽樣原則對(duì)計(jì)算參數(shù)的選取進(jìn)行討論。首先，為正確地以離散的相位屏代替連續(xù)相位，需要滿足(ENOHPL抽樣定理，使得相屏上相鄰網(wǎng)格點(diǎn)上的相位差滿足-"（.，/）’"（.’"，/）-0"，-"（.，/）’"（.，/’"）-0"（)）一般情況下*，+方向上的網(wǎng)格間距相等，即!*I!+，因此文中將以!*為例進(jìn)行討論。由（)）式可知，網(wǎng)格間距!*需要符合下述條件，即!收稿日期：)**@?*@?*)；!!修訂日期：)**@?*Q?"R基金項(xiàng)目：國(guó)家QRA計(jì)劃項(xiàng)目資助課題；中國(guó)科學(xué)院合肥
7、研究院物質(zhì)計(jì)算科學(xué)中心資助課題作者簡(jiǎn)介：黃印博（"S#R—），男，博士研究生，主要從事激光大氣傳輸?shù)奈锢砑皵?shù)值模擬研究；合肥"")+信箱，2?F=H&：EMTO=>UV=H%WF’=X’萬(wàn)方數(shù)據(jù)X>。-強(qiáng)激光與粒子束第’B卷!!""!"#!##!$（$）%%由于是用有限的離散傅里葉變換計(jì)算光束的傳輸，傳輸介質(zhì)的高頻起伏散射作用在傳輸過(guò)程中可能導(dǎo)致其中一側(cè)網(wǎng)格上的能量分布出現(xiàn)在另一側(cè)，并且隨傳輸距離的增加，這種計(jì)算網(wǎng)格的邊界效應(yīng)會(huì)更為明顯。因此，為了得到準(zhǔn)確的傳輸方程的解，就必須控制這種混淆現(xiàn)象。若散射角"&（’#%）"#!!#!"
8、，則當(dāng)傳輸距離為&時(shí)，在相屏面上的相對(duì)偏離量為&"。因此，要求傳輸路徑上計(jì)算網(wǎng)格的寬度’應(yīng)該滿足’(（&#%）"#!!#!")(，(為發(fā)射孔徑。歸結(jié)為對(duì)!!的要求，即!!(#&!!*+,!-"（’.(）&#&#-（’.(），結(jié)合（$）式可以得到網(wǎng)格
