激光测距系统的最大测程是其主要技术指标和进行系统设计时的主要依据,它随探测目标的性质而发生变化.本文推导并给出了激光测距系统对点目标的实用探测方程.分析了激光远场光束分布对探测能力的影响,并利用所得探测方程对某星载激光测距机的探测能力进行了评估.结果表明由于受到光束质量分布的影响,其探测能力在15.05~20.6 km之间变化.对结果进行了分析和讨论,在不改变系统参量的前提下,如果光束质量为平顶分布,则系统整体探测能力可提高至18.9 km.

研究了对虚共焦非稳腔结构的脉冲TEA CO2激光器远场光束质量进行评价的方法。首先将稳腔TEA CO2激光器加工改造成非稳腔结构；然后从实际设计加工的数据出发，用3种常用形式对其远场光束质量进行理论评价与分析，并与设计的2 kW非稳腔激光器的实测远场光强分布实验结果进行了对比。理论和实验结果表明,非稳腔能够获得接近衍射极限的高质量单模光束，β因子是稳腔的4倍多；在同等功率水平下，采用非稳腔的激光器的远场功率密度是稳腔的19倍；非稳腔较小的遮拦比能获得远场较高桶中功率。实验表明，要全面地预测和评价所设计非稳腔激光器的光束质量，需要根据实际，综合地运用3种形式的理论评价体系。

基于广义惠更斯－菲涅耳原理，并采用光束的非相干合成方法，推导出了M×N双曲余弦高斯列阵光束在湍流中的三维光强传输方程.采用桶中功率、β参量和Strehl比作为光束质量的评价参量，研究了湍流大气对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响.研究表明:在湍流大气中，双曲余弦高斯列阵光束的传输将经历三个阶段的变化，并且湍流使得光束传输经历三阶段的进程加快;湍流导致双曲余弦高斯列阵光束扩展、最大峰值光强下降,但是，β参量随光束数目M(N)、相邻子光束间距xd(yd)和光束参量δ的增加而减少，即光束扩展受湍流的影响减小;并且，存在最佳xd(yd)和δ值使得Strehl比取得极大值.因此，适当选取M(N)、xd(yd)和δ可以降低湍流对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响.

提出了一种远场光束质量相对测量和绝对测量相结合的测试方法,测试高功率1.4 kW脉冲TEA CO₂激光器在335 m处的光强分布,并对测试结果进行了讨论分析。实验结果表明此方法是一种简单易行并且准确度很好的方法,影响高功率非稳腔激光器远场光束质量最主要的因素为大气传输特性,光斑强度分布出现平顶、破碎并出现旁瓣的现象,为提高系统的优化设计及评估激光系统的作战效果提供了重要的参考价值。

高功率高能激光在光束控制系统(或称为内光路)中的传输距离比长程大气传输要短得多,但高功率密度的激光束在通过内光路时的热效应对远场光束质量会有显著影响。采用自编的四维仿真程序,详细计算了沿x方向呈线性变化的环状高功率激光束通过内光路的传输。用像散参数、桶中功率(PIB)和峰值光强位置描述了远场光束质量。研究表明,内光路的热效应(热晕)使得光束的峰值光强和可聚焦能力下降,降低了远场的光束质量,初始光束的非均匀性会影响光束的可聚焦能力并引起像散。值得指出的是,热晕是一种非线性效应,会影响光强分布和引起远场峰值光强位置的移动,对此给出了物理诠释,并用数值计算证实了物理分析。

编制了四维仿真程序,用以研究光束控制系统中的热效应对强激光传输的影响.作为数值模拟例,用Strehl比、可聚焦能力(即86.5%环围功率半径)、像散参数和光束重心偏移表征远场光束质量,研究了初始场分布为高斯和平顶分布的光束通过光束控制系统传输时热效应对远场光束质量的影响.结果表明,远场光束质量与初始场的空间分布有关,且随发射功率增大而变差.