[发明专利]一种用于光丝激光长距离传输仿真的方法、介质及设备

权利要求书

1.一种用于光丝激光长距离传输仿真的方法，其特征在于，包括如下步骤：

构建飞秒激光在大气中传输的旁轴包络模型的非线性薛定谔方程和电子密度速率方程，确定仿真的时间域和空间域，给出要模拟的初始环境条件；

在时间域和空间域中对非线性薛定谔方程和电子密度速率方程进行迭代求解，直至达到仿真结束条件；

根据迭代求解的结果实现对飞秒激光在大气中传输的仿真。

2.根据权利要求1所述的一种用于光丝激光长距离传输仿真的方法，其特征在于：所述飞秒激光在大气中传输的旁轴包络模型的非线性薛定谔方程为其中，x,y,z,t分别为横向空间坐标、传播位置、传播时间，i为虚数，为横向拉普拉斯算符，算符D_s代表衍射项，D_t代表群速度色散项，f(ε(x,y,z,t))代表非线性项，所述非线性项包括非线性折射系数、电子密度和多光子电离系数。

3.根据权利要求1所述的一种用于光丝激光长距离传输仿真的方法，其特征在于：所述飞秒激光在大气中传输的旁轴包络模型的电子密度速率方程为其中，B为多光子电离项，K为电离一个原子需要的光子数，n_e为电子密度，n_at为中性原子密度。

4.根据权利要求1所述的一种用于光丝激光长距离传输仿真的方法，其特征在于：所述仿真的时间域和空间域为在时间和空间上都取预设范围的计算区域，保证边界电场ε(t＝l_t)＝0,ε(r＝l_r)＝0，并对时间和径向格点进行离散化；其中，t为时间坐标，l_t为时间尺度，r为径向坐标，l_r为空间尺度。

5.根据权利要求1所述的一种用于光丝激光长距离传输仿真的方法，其特征在于：所述初始环境条件包括激光脉冲参数、真实的大气环境条件和初始脉冲；所述激光脉冲参数包括脉冲输入能量，脉冲形状，脉冲宽度，束腰以及相位调制参数；所述真实的大气环境条件包括大气成份的各种分子、原子的密度或压强数据，以及介质的物理参量；所述介质的物理参量包括非线性折射率系数n₂＝n₂₀×p、多光子电离系数β_K＝β_K,0×p、碰撞频率σ＝σ₀×1/p，以及中性原子密度n_at＝n_at,0×p。

6.根据权利要求1所述的一种用于光丝激光长距离传输仿真的方法，其特征在于，所述在时间域和空间域中对非线性薛定谔方程进行迭代求解包括如下步骤：

将非线性薛定谔方程中的非线性项ε(x,y,z,t)的时间变量t经傅里叶变换至频域ω，即可得频域里的传输方程其中，i为虚数，

将频域里的传输方程处理为柱坐标系传输方程

沿r和z方向维度做离散化处理，并选取步长Δr和Δz，则二维离散点坐标可写成(r_i,z_n)，其中n和i分别代表z和r方向的格点指标，则

r_i＝r₀+iΔr,i＝0,1,......,n_r

z_n＝z₀+nΔz,n＝0,1,......,N

记在z方向上利用Crank-Nicolson隐式差分，即得：

其中，利用和r_i+0.5+r_i-0.5＝2r_i，将此离散方程经过代数化简并整理写为矩阵形式为：

将此方程写成矩阵形式为：

令矩阵A，和D分别为

利用追赶法求解方程组得下一步传输位置z+Δz处时间频域里的解

对进行逆傅里叶变换得到传输位置z+Δz处时域里的解ε(r,z+Δz,t)。