激光钠信标的光斑漂移、光斑半径的变化对自适应光学校正有直接的影响。在激光钠信标光斑漂移方差和有效 半径理论模型的基础上,采用数值模拟的方法,在三种大气湍流模式下,具体研究了激光钠信标光斑与激 光光斑漂移方差和有效半径的差异,计算了不同发射口径时激光钠信标光斑的长曝光与短曝光有效半径的平 均值,分析了有再泵浦能量激光对激发钠信标光斑漂移方差和平均有效半径的影响。研究结果表明,大气 湍流强度、激光发射口径以及再泵浦激光能量都能够影响激光钠信标光斑漂移和光斑半径。

宽带、圆偏振的宏微脉冲激光能够有效地激发大气中间层钠原子，为自适应光学波前探测提供较多的回波光子数。在二能级光学Bloch方程的基础上，考虑不同大气湍流模式下激光光强在大气中间层的分布，通过数值模拟的方法，计算三种大气湍流模式下的钠信标回波光子数，然后根据经验确定大气相干长度的范围，估算宏微脉冲激发钠信标回波光子数的平均值，所得的平均值与实验测量值比较接近。由于宏微脉冲激光与钠原子作用可以忽略反冲、下抽运、地磁场等因素的影响，因此可以用计算有效截面的方法估算钠信标回波光子数。但是由于这种方法没有考虑激光的偏振态、光束质量因子以及光强的随机分布对钠原子激发态概率的影响，导致计算结果偏小。

高亮度的激光钠信标有利于提高自适应光学波前探测的准确性和灵敏度，但是在激光与钠原子作用的过程中，反冲和下抽运限制了钠原子激发态概率的增长，减小了钠原子的自发辐射速率和回波光子数。通过对窄带/宽带激光与钠原子作用产生反冲和下抽运效应的研究，结果表明：对于低能量的连续激光与大气中间层钠层作用，窄带激光反冲和下抽运效应比宽带激光严重，但是自发辐射速率比宽带激光大很多，获得的回波光子数明显多于宽带激光；对于宽带激光，其激发的回波光子数较少，但是具有不易饱和、反冲效应小的优点。

大气中间层激光钠信标荧光回波光子的激发受到地磁场、钠原子碰撞以及反冲的影响。地磁场引起钠原子的拉莫尔进动，严重地削弱长脉冲和连续波激光与钠原子作用的光抽运；原子碰撞一定程度上增加了钠荧光平均回波光子通量；反冲却降低了钠荧光平均回波光子通量。此外，下抽运现象容易导致钠原子光抽运在较低的光强下进入跃迁饱和。因此，为了增加钠荧光回波光子数，可以采用再抽运的方法获得较高的钠荧光平均回波光子通量。数值模拟的结果表明，在Greenwood大气湍流模式下，在激光束中加入16%的再抽运能量获得的钠荧光回波光子数大约是单一频率（D2a）激发钠荧光回波光子数的2.33倍。

采用光传播数值模拟的方法，研究了长脉冲、短脉冲和连续波圆偏振激光传播至钠层并激发钠信标回波光子的分布及变化情况，并比较了Greenwood和Hufnagel-valley5/7（HV5/7）两种大气湍流模式下回波光子在钠层的分布及光子数的差异。结果表明相对于Greenwood湍流模式，长脉冲、短脉冲和连续波圆偏振激光在HV5/7湍流模式下传播至钠层的光强分布分散性增强且光强分布的峰值受到削弱；长脉冲和连续波激光与钠层作用可激发更多的回波光子，但是短脉冲激光却不能激发更多的回波光子。而且在两种湍流模式下短脉冲和连续波激光激发的光子数分布与光强分布具有很好的一致性，而长脉冲激光激发的光子数分布却没有这种特点。