耐高温陶瓷作为高熔点材料，具有优异的高温抗烧蚀性能，有可能满足未来抗激光防护的需求。为摸清ZrB2陶瓷涂层抗激光防护性能，采用高功率固体激光器作为测试光源，搭建了激光烧蚀实验平台和激光耦合特性测量系统，重点对ZrB2陶瓷涂层开展了激光烧蚀实验和涂层反射率测试。实验研究了不同激光参数条件下ZrB2涂层抗激光烧蚀性能，以及掺杂相（SiC、MoSi2）的影响。结果表明，相比于未掺杂ZrB2涂层，掺杂后ZrB2涂层抗激光烧蚀能力明显下降。分析认为掺杂相可提高ZrB2涂层抗氧化性能，但不利于发挥氧化生成物ZrO2的高反射和隔热作用，致使抗激光损伤阈值降低。激光损伤前后涂层反射率的测试结果，也证实了ZrO2的高反射率是增强ZrB2涂层抗激光损伤阈值的关键。同时，利用有限元软件建立了连续激光烧蚀下ZrB2陶瓷涂层温度计算模型，并以基底发生熔化为判据，仿真得到了陶瓷涂层典型的抗激光烧蚀阈值参数。
陶瓷涂层 硼化锆 掺杂相 激光烧蚀 反射率 温度 ceramic coating ZrB2 doped phase laser ablation reflectance temperature 强激光与粒子束
2021, 33(8): 081008
中国电子科技集团公司第 27 研究所, 河南 郑州 450047
大气湍流是影响激光大气传输的主要因素之一, 由于实际大气湍流的不可控, 所以开展激光大气传输效应研究时需要在实验室建立稳定、可控的模拟大气湍流。此外, 同时对多个大气湍流参数进行实时测量也是大气湍流参数测量技术中一个很有意义的研究课题。利用热风受迫对流在实验室研制了大气湍流模拟装置, 研究了大气相干长度、大气湍流强度、内尺度等大气湍流参数的实时测量技术; 在几何光学近似的条件下, 利用光学方法测量了经实验室模拟湍流大气传输后的光束强度起伏和到达角起伏, 从而获得实验室模拟大气湍流的参数, 并通过分析实验测量数据, 给出大气湍流参数的测量不确定度; 最后, 对实验测量数据与相关文献测量数据进行了比对。结果表明所建实验室大气湍流模拟装置可用于大气湍流参数实时测量技术研究和实验室激光大气传输效应研究。
大气光学 大气湍流 湍流参数测量 不确定度分析 atmospheric optics atmospheric turbulence measurement of turbulence parameters evaluation of uncertainty
1 西北核技术研究所，陕西 西安 710024
2 北京特种车辆研究所，北京 100072
优化设计了一种双环变迹镜。该变迹镜由同心的，交替排列的透光圆环和不透光圆环组成，经过双环变迹镜调制的光波入射至光学接收系统，后经光学成像系统将所接收的光波成像聚焦，数据采集与处理系统对电流信号进行采集和处理，得到沿测量路径的等晕角。这种变迹镜相对于国内现有的单孔径变迹镜，能够在所有高度很好的模拟孔径滤波函数W(z)≡cz5/3，所得等晕角相对误差明显较小，可以实现对等晕角的高精度测量。
大气光学 等晕角 变迹镜 atmospheric optics isoplanatic angle apodized mirror
1 西北核技术研究所，陕西 西安 710024
2 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐 830002
利用大气相干长度测量仪和温度脉动仪，在新疆戈壁地区湖面测量了近水面大气湍流强度，将大气折射率结构常数归算到等路径的大气相干长度，进行了比对分析。选择晴好天气，对近水面大气湍流强度进行统计分析，给出了典型的近水面大气湍流强度变化特性。结果显示，秋季晨昏弱湍流时段不明显，持续时间约1 h，日出弱湍流时段主要分布在9:00左右，日落弱湍流时段主要分布在21:00左右；白天强湍流时段持续时间长达6~8 h，主要分布在12:00~20：00；夜间湍流明显强于白天，相对于陆地较为平稳。
大气光学 湍流 折射率结构常数 大气相干长度 atmospheric optics turbulence refractive index structure atmospheric coherence length
为了在激光大气传输四维数值模拟中考虑激光光束抖动带来的影响，推导了光束抖动倾斜角与Zernike多项式低阶项系数之间的关系，提出了一种激光传输光束抖动效应的数值模拟方法。为验证该数值模拟方法的正确性，针对均匀聚焦光束，计算了大气湍流与抖动效应综合作用下长期光束扩展角半径，数值模拟计算结果与理论公式计算结果基本一致，验证了激光传输抖动效应数值模拟方法的正确性。
大气传输 光束抖动 大气湍流 数值模拟 atmospheric propagation jitter atmospheric turbulence numerical simulation
1 西北核技术研究所, 西安 710024
2 中国人民解放军 装备指挥技术学院 航天指挥系, 北京 101416
3 军械工程学院 光学与电子工程系, 石家庄 050003
为了实现半导体激光器的光束准直, 分析了半导体激光器光束沿快、慢轴方向的准直原理。采用单个半导体激光器作为被准直单元, 提出了基于像散曲面微透镜的半导体激光器光束准直方法。讨论了半导体激光器填充因子对像散曲面微透镜准直性能的影响。对填充因子0.5的半导体激光器进行模拟验证。准直后, 快轴方向剩余发散角约为0.34°, 慢轴方向剩余发散角约为2.69°。结果表明, 像散曲面微透镜不但可以对高填充因子的半导体激光器光束进行准直, 而且准直后出射光斑面积小。该研究为高功率半导体激光器堆栈光束的准直提供了可行性方案。
激光器 光束准直 微透镜 像散 剩余发散角 填充因子 lasers beam collimation microlens astigmatism remaining divergence angle fill factor
实现了一种适合戈壁沙漠地区的边界层大气光学折射率结构常数的参数化公式方法。通过测量边界层内温度、风速和压强等相关常规气象参数，结合参数化公式可得出边界层内大气湍流强度的高度分布特性。公式计算的边界层大气湍流强度随着高度的增加总体在逐渐减小，近地面300 m以内变化较小，300 m以上大气湍流强度迅速减小，然后趋于缓慢变化。将边界层大气湍流强度高度分布模型计算结果与著名的Hufnagel-Valley(H-V)模型计算结果进行对比，二者具有很好的一致性。
大气光学 湍流 折射率结构常数 光学学报
2013, 33(s1): s101005
中国人民解放军63655部队, 乌鲁木齐 841700
利用温度脉动仪对2010年4-12月库尔勒戈壁地区近地面大气折射率结构常数进行了测量, 按月对测量数据进行了对数平均。根据对数平均值对日变化特征进行了分析, 并对大气湍流强弱时段进行了统计。研究结果显示：戈壁地区大气湍流在日落时段较日出时段弱；日出转换时刻, 均值湍流强度在10-15 m-2/3以下, 日落转换时刻, 均值湍流强度在10-16 m-2/3左右； 4, 6, 8, 9月份的近地面大气湍流强度较强, 5, 7, 10月份居中, 11, 12月份较弱。
大气湍流 大气折射率结构常数 戈壁地区 变化特征 atmospheric turbulence atmospheric refractive index structure constant Gobi region variation characte-ristics
中国人民解放军63655部队, 乌鲁木齐 841700
提出一种适合戈壁沙漠地区的近地面大气湍流模型。通过测量近地面层不同高度处温度、湿度、压强和风速等常规气象参数, 结合模型可给出近地面层大气湍流强度。模型计算的近地面层大气湍流强度通常白天值最大, 中午前后出现较宽的最大值区间, 在日出时段和日落时段出现较明显的最小值, 夜间呈不规则变化, 该结果能够很好地反映近地面层大气湍流强度的变化特性。在影响大气湍流强度变化的参数中, 大气温度的变化趋势直接影响着大气湍流强度的变化：通常白天大气温差较高时, 大气湍流强度较强;大气温差较低时, 大气湍流强度较弱;大气温差起伏较大的时刻, 大气湍流强度的变化也会较大, 大气温差起伏趋势与大气湍流强度变化趋势有相似之处。
大气光学 大气湍流 折射率结构常数 建模技术 atmospheric optics atmospheric turbulence refractive index structure constant modeling technique 强激光与粒子束
2010, 22(12): 2799
