2021
DOI: 10.1364/ao.438485
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Mitigation of thermal blooming by rotating laser beams in the atmosphere

Abstract: A novel method, to the best of our knowledge, for mitigating thermal blooming by using the rotating beam when propagating in the atmosphere is proposed. The rotating beam, generated by coherent superposition of two vortex beams with opposite topological charges and frequency shift, can directly modulate the heat source in time and then mitigate the thermal blooming in the atmosphere. The theoretical model of the rotating beam propagating in the atmosphere has been established, and the thermal blooming effects … Show more

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“…[ [1,2]] , 一直是激光大气工程应用领域的核心问题。大气介质时空分布的不均匀性和各向 异性会导致光束质量退化 [3] ,而热晕 [[4-6]] 则是一种由于大气介质对光束能量的吸 收而导致的"负透镜效应"。长期以来,研究人员主要采用自适应光学技术 [7] 来 抑制大气扰动带来的光束质量退化。然而,受限于系统造价和复杂度,自适应光 学技术多应用于天文望远镜和显微成像 [8] 等。 近年来, 以涡旋光束、 贝塞尔光束、 艾里光束为代表的空间结构光束 [9] ,因其无衍射、自愈等特性为改善激光大气传 输特性提供了新的解决思路和途径。然而,空间结构光束的传输性能随着传输距 离的增大也逐步退化。因此,发展抗大气湍流和热晕效应的新型光束及其调控手 段仍是研究热点之一。 在我们所提出的利用旋转光束缓解大气湍流方案 [10,11] 中,通过使用相位快 速旋转的光束,可在湍流特征时间范围内使其遍历大气通道横截面内的非均匀性 和各向异性,使激光束的光束质量得到显著提高。这一相位快速旋转的光束可由 拓扑荷数不同的涡旋光束经外差干涉产生,其旋转频率与外差频率相同。在泰勒 湍流冻结假设 [12] 下,当旋转光束的旋转周期远小于湍流特征时间时可认为大气介 旋转光束可由两束具有不同拓扑荷数 l a,b 的涡旋光束经外差干涉产生,经 电光调制 [16] 或声光调制 [17] 等调制后,两涡旋光束的中心圆频率分别为 a,b ,则其 合成光场可表示为:…”
Section: 引 言 如何克服大气湍流、 热晕等效应引起的光束漂移、 扩展和闪烁等现象unclassified
“…[ [1,2]] , 一直是激光大气工程应用领域的核心问题。大气介质时空分布的不均匀性和各向 异性会导致光束质量退化 [3] ,而热晕 [[4-6]] 则是一种由于大气介质对光束能量的吸 收而导致的"负透镜效应"。长期以来,研究人员主要采用自适应光学技术 [7] 来 抑制大气扰动带来的光束质量退化。然而,受限于系统造价和复杂度,自适应光 学技术多应用于天文望远镜和显微成像 [8] 等。 近年来, 以涡旋光束、 贝塞尔光束、 艾里光束为代表的空间结构光束 [9] ,因其无衍射、自愈等特性为改善激光大气传 输特性提供了新的解决思路和途径。然而,空间结构光束的传输性能随着传输距 离的增大也逐步退化。因此,发展抗大气湍流和热晕效应的新型光束及其调控手 段仍是研究热点之一。 在我们所提出的利用旋转光束缓解大气湍流方案 [10,11] 中,通过使用相位快 速旋转的光束,可在湍流特征时间范围内使其遍历大气通道横截面内的非均匀性 和各向异性,使激光束的光束质量得到显著提高。这一相位快速旋转的光束可由 拓扑荷数不同的涡旋光束经外差干涉产生,其旋转频率与外差频率相同。在泰勒 湍流冻结假设 [12] 下,当旋转光束的旋转周期远小于湍流特征时间时可认为大气介 旋转光束可由两束具有不同拓扑荷数 l a,b 的涡旋光束经外差干涉产生,经 电光调制 [16] 或声光调制 [17] 等调制后,两涡旋光束的中心圆频率分别为 a,b ,则其 合成光场可表示为:…”
Section: 引 言 如何克服大气湍流、 热晕等效应引起的光束漂移、 扩展和闪烁等现象unclassified
“…Zhao等 [19] 发现热晕效应会破坏单模涡旋光 束初始螺旋相位分布, 大气传输后光强出现不对称 分布. Maxim 等 [20] 研究表明具有分数阶拓扑电荷 叠加的矢量光束在热晕效应中具有更明显的稳定 性. 最近, 有研究者发现用涡旋光束相干叠加形成 的旋转光束可减小热晕效应对光束质量的影响 [21,22] .…”
unclassified