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大气传输系统分析软件


软件概述

大气传输系统软件能够模拟由单个或多个、形状可为圆形、矩形或者六边形的光束在自由空间的传输,包括模拟多光束通过真空或湍流大气传播时的相干或非相干效应,进而预测目标上的辐照度分布。


功能介绍

基本参数及大气湍流设置

这款大气传输系统分析软件为用户提供了丰富且灵活的参数设置选项。在基本参数设置方面,用户能够根据实际需求设置波长、光束功率、最大计算窗口半径、空气阻抗和空气功率吸收系数等初始值,同时还能配置一系列仿真参数,如到目标的传播距离、FD 解的步长、湍流强度,选择相干或非相干传播方式并设定平均仿真次数。当用户设置大气湍流强度 Cn2 或者输入角度抖动等随机噪声时,软件会自动进行多次模拟,以得到更具代表性的平均分布结果。不仅如此,软件还支持设置风速以及目标和光源的速度,借助这些设置可以开展时间效应模拟,深入分析光束在目标上随时间的动态演化过程。

模拟大气湍流对平顶阵列光束传输的影响


光源及光束结构构建

软件可以构建多种近场光束分布。子光束的形状可以是圆形、六边形或矩形;整体光束可以是单光束,也可以是相干或非相干的多个子光束集。软件支持设置多个变形镜,并将变形镜的位移和倾斜作为变量优化整体光束的相位。

可创建的光束类型包括圆形光束集、六边形光束集、矩形光束集以及自定义类型。

圆形阵列光束集(中心光束通过)

六边形阵列光束集

圆形环形光束集

光束传播方法

光束传播方法包括傅里叶变换光束传播法 (FFT)、有限差分光束传播法 (FD)、有效矩阵法 (EMA)、夫琅禾费近似法、菲涅耳近似法以及 FFT_EMA 综合法 。

参量分析

桶中功率、桶中分数功率和峰值输出辐照度都将随着所选择的参数的变化而被记录。这些都是非常强大的工具,可以提供关于您的系统的大量信息。

• PIB与Peak强度 vs 孔径抖动
• PIB与Peak强度 vs 光束集/子孔径抖动
• PIB与Peak强度 vs 光束集相对相位噪声
• PIB与Peak强度 vs 光束集光束质量
• PIB与Peak强度 vs 湍流
• PIB与Peak强度 vs 倾斜
• PIB与Peak强度 vs 距离
• PIB与Peak强度 vs 子光束
• PIB与Peak强度 vs 高斯光束半径
• 瞬时PIB vs 采样点

PIB vs 孔径抖动分析曲线

峰值辐照度 vs 湍流强度分析曲线



光束校正

大气传输系统软件使用自适应光学技术纠正湍流造成的光束畸变的效果。可以通过预先调整输出孔径的相位分布来补偿湍流引起的像差。采用随机梯度下降(SGD)算法,使目标窗口内的功率最大化。

光束校正优化目标窗口功率

时间分析

大气传输系统分析软件可以模拟时间效应,如湍流、风、移动目标、移动光源和热辐射。可以看到目标上的目标辐照度随时间变化,还可以使用这些图像创建光束在目标上如何演变的视频。最后,还可以看到沉积在目标窗口中的总能量与时间的函数关系。

软件会根据风速、目标速度和光源/激光地面速度,计算出从光源到目标的激光束的相对风速。

大气传输示例

示例 1 (相干阵列,远距离传输,目标位于10公里之外)

示例 2 (相干阵列,平顶光束,大气湍流)

示例 3 (中心遮蔽,大气湍流,100公里传播)

大气传输参量分析示例

示例 1 (PIB vs 孔径抖动)

示例 2 (峰值辐照度 vs 湍流)

示例 3 (PIB vs 光束质量M2)

大气传输系统分析软件特色

模拟功能全面:

能模拟激光束在自由空间传输,可处理单光束或多光束,光束形状多样(圆形、矩形、六边形等);能模拟多光束相干或非相干效应,以及光束在真空或湍流大气中的传播。


参数设置丰富:

可设置波长、光束功率等基本参数,以及传播距离、湍流强度等仿真参数;还能设置风速、目标和光源速度用于时间效应模拟。


光束构建灵活:

支持构建多种近场光束分布,子光束形状可选,整体光束可单可多,且支持设置变形镜优化光束相位。


传播方法多样:

包含傅里叶变换光束传播法、有限差分光束传播法等多种方法,满足不同需求。


参量分析强大:

记录桶中功率、峰值输出辐照度等随参数变化情况,可分析多种参数对这些指标的影响。


具备光束校正功能:

运用自适应光学技术和随机梯度下降算法,补偿湍流像差,优化目标窗口功率。


支持时间分析:

模拟多种时间效应,展示目标辐照度随时间变化,可创建视频,分析沉积能量与时间关系,计算激光束相对风速。
提供示例参考:有多个大气传输示例和参量分析示例,帮助用户理解和使用软件。

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