气动光学效应对激光扩束系统的影响

简介

激光系统往往需要应对复杂的环境气流,同时由于激光扩束系统口径增大,其晶体窗口难以实现,环境气流更容易进入系统内部,从而影响光束质量。针对环境气流对激光扩束系统带来的气动光学效应问题,借助流体力学软件FLUENT对系统内部流场进行CFD求解,得到不同风力等级和进风角度下流场的各种参数分布,再通过Gladstone-Dale关系将流场密度场映射为折射率场,运用变折射率流场的光线追迹法,得到光束在该非均匀流场中的传输路径;最后结合数值分析方法,计算得到湍流场所带来的光学像差。结果表明,环境气流会给主次镜和反射镜周围引入较多涡流,因此不能忽略其光学效应,从而提出了一种增加扩束系统镜筒长度的方法来降低这一影响。镜筒加长0.5 m之后,扩束系统内部的涡流团可以避开光束传输的主要路径,其出口处波像差的RMS值从最初的0. 317μm下降到0.078μm左右。研究证明了避免环境气流带来的气动光学效应的必要性,同时为扩束系统的流控和结构设计提供了参考数据和思路。