[发明专利]一种模拟光纤激光自由空间相干合成能量分布的方法

说明书

本发明涉及一种模拟光纤激光自由空间相干合成能量分布的方法，特别是涉及仿真光纤激光在自由空间相干合成的影响参数的方法，属于激光技术领域。本发明对相干合成能量分布的影响参数进行模拟，得出理想的能量分布，在实际中以此为依据进行参数调节，获得近似的能量分布和主瓣百分比，有助于缩小参数的调节范围，减少时间，降低人力物力，降低实验成本。

技术领域

本发明涉及一种模拟光纤激光自由空间相干合成能量分布的方法，特别是涉及仿真光纤激光在自由空间相干合成的影响参数的方法，属于激光技术领域。

背景技术

激光束相干合成技术首先在固体激光器和半导体激光器展开应用的，后来扩展到了光纤激光器中。同常规体积庞大的气体和固体激光器相比，光纤激光器具有显著优势：体积小，重量轻，散热性能较高，成本较低，能灵活的适应多种安装环境。当今高能激光武器和大功率防空激光对抗武器的发展，更是对光纤激光相干合成技术的发展提出极为迫切的需求，而这也是开展光纤激光相干合成技术研究的主要目的及推动力。如果实现了光纤激光器的相干合成输出，光纤激光器将成为未来激光武器最强有力的竞争者。

高功率光纤激光器近些年来发展迅速，但是在更高功率、高光束质量的军事和工业应用场合，面临着许多亟待解决的关键技术和问题，这些也是高功率光纤激光系统能否实现高能激光武器的关键。相干合成技术正是解决单根光纤功率不足的有效途径。

光纤激光自由空间相干合成的功率受能量分布和主瓣功率百分比的影响较大。目前的光纤激光器相干合成技术在测试与研究中，为取得良好的相干合成能量分布，获得较高的主瓣百分比，通常采用试错法，或者依据经验进行参数调节。这可能导致时间不可控，耗时耗力，同时会增加实验成本。

发明内容

本发明的目的是为了缩小光纤激光相干合成的参数的调整范围、节约调整时间，降低实验成本，提供一种模拟光纤激光自由空间相干合成能量分布的方法，本方法模拟了光纤激光相干合成中填充因子、相位、阵列排布、阵元数和振幅5种参数对相干合成能量分布的影响，为实际中光纤激光相干合成的实验提供了理论支持。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种模拟光纤激光自由空间相干合成能量分布的方法，建立光纤激光自由空间远场干涉的模型，仿真模拟了填充因子、相位、阵列排布、阵元数和振幅5种参数对相干合成能量分布的影响。

本发明公开的一种模拟光纤激光自由空间相干合成能量分布的方法，包括如下步骤：

步骤一：建立光纤激光在自由空间内远场干涉的数学模型。

高斯光束的振幅分布公式为：

式(1)中，r为高斯光束每一点到中心的半径，z为高斯光束传播距离，A₀为幅值，w₀是高斯光束的束腰半径，w_(z)为高斯光束的束宽，i²＝-1，是高斯光束的相位部分。

w_(z)由公式(2)确定：

λ为高斯光束的波长。当距离z＝0时，有w_(z)＝w₀。

在直角坐标系中，有r²＝x²+y²，单根高斯光束近场振幅为：

式(3)中，x，y为直角坐标系中的横纵坐标。

由夫琅禾费衍射理论可知，远场平面的场分布等于近场孔径平面场分布的傅里叶变换，远场光强分布公式：