概述
激光在大(dà)氣中傳輸時(shí)部分能量被空(kōng)氣中的分子和(hé)氣溶膠吸收。被吸收的熱量将空(kōng)氣加熱，導緻氣壓上(shàng)升，空(kōng)氣膨脹，空(kōng)氣密度降低(dī)，折射率下降，形成一個(gè)負透鏡，使激光束發散。當存在側向風時(shí)，下風區(qū)空(kōng)氣密度降低(dī)，因而下風區(qū)的折射率減小(xiǎo)，形成特有(yǒu)的彎向上(shàng)風區(qū)的光束分布，使光束畸變、彎曲和(hé)發散，劣化光束質量。這就是熱暈效應。它是激光在大(dà)氣中傳輸時(shí)所面臨的嚴重問題之一。
圖1.熱暈效應成因示意圖
系統描述
本例介紹了模拟激光在大(dà)氣中傳輸時(shí)熱暈效應對應的bloom命令的使用。描述熱暈的基本方程包括波動方程和(hé)流體(tǐ)力學方程。首先由Maxwell方程得(de)到激光波動方程，再結合流體(tǐ)力學中的三個(gè)守恒定律——質量守恒定律、動量守恒定律、能量守恒定律得(de)到描述熱暈效應的方程。對于理(lǐ)想氣體(tǐ)，在等壓近似下得(de)到：
本例對比了三種情況下的激光遠場(chǎng)分布：（1）沒有(yǒu)大(dà)氣像差和(hé)熱暈效應下的遠場(chǎng)光強分布；（2）沒有(yǒu)大(dà)氣像差但(dàn)有(yǒu)熱暈效應下的遠場(chǎng)光強分布；（3）同時(shí)考慮大(dà)氣像差和(hé)熱暈下的遠場(chǎng)分布。通(tōng)過對比我們會(huì)發現熱暈效應會(huì)使光束焦點前移，焦斑沿垂直光軸方向發生(shēng)位移，焦斑畸變，尺寸變大(dà)。
模拟結果
圖1.不含大(dà)氣像差和(hé)熱暈效應的遠場(chǎng)分布，此時(shí)光束的焦點在4km處，光斑尖銳。
圖2.熱暈效應導緻的3.5km處的光斑分布，此時(shí)光束的焦點已經前移到2.7km，由于光斑變大(dà)，光強也顯著降低(dī)，光斑的分布呈現出糖匙形狀。
圖3.熱暈效應和(hé)大(dà)氣像差共同決定的3.5km處的光斑分布，此時(shí)光束的焦點進一步前移到1.8km，由于光斑變大(dà)，光強顯著降低(dī)，光斑的分布呈現顯著的旁瓣。
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