[发明专利]模拟飞秒激光穿透不同厚度和不同相态云雾的实验装置

说明书

本发明公开一种模拟飞秒激光穿透不同厚度和不同相态云雾的实验装置，包括主舱体，主舱体具有夹层，夹层内设置有塑料保温泡沫，主舱体的内部由后向前分为缓冲室、过滤室和测试室；制雾组件用于产出云雾滴；气流调节组件用于调控进入缓冲室内的气流速度；测量组件所测量的要素包括主舱体的内部温度、湿度和气流速度；光路调制组件安装于主舱体的侧立面上。本发明可模拟飞秒激光与不同厚度、不同谱分布和不同相态云雾相互作用过程，结构简单，操作安全方便，功能多样，主要目的是模拟出缓慢稳定移动、粒子分布相对均匀的云雾环境，可用于激光传输效应影响云雾滴行为的相关机制研究，也可用于研究激光大气传输有关物理问题。

技术领域

本发明涉及激光云雾相互作用领域，特别是涉及一种模拟飞秒激光穿透不同厚度和不同相态云雾的实验装置。

背景技术

云雾环境对精确制导、目标跟踪和激光通信等都有非常重要的影响。利用飞秒激光成丝清理形成云雾传输通道，以辅助后续通信激光或者高能激光的传输，是近几年才提出的一种新的主动式减小云雾影响的方法，具有重要的应用前景。目前，国外已经对该技术开展了初步的验证性实验研究[参见文献1：Cruz L D L,Schubert E,Mongin D,etal.High repetition rate ultrashort laser cuts a path through fog[J].AppliedPhysics Letters,2016,109(25):251105；文献2：Schimmel G,Produit T,Mongin D,etal.Free space laser telecommunication through fog[J].Optica,2018,5(10):1338-1341；文献3：Schroeder M C,Larkin I,Produit T,et al.Molecular Quantum Wakes forClearing Fog[J].Optics Express,2020,28(8):11463-11471]。Cruz等人根据皮秒脉冲透过率的变化初步验证了该技术的可行性。Schimmel等人利用1550nm通信激光作为检测光，验证了该技术可以辅助激光通信，并且还尝试使用连续633nm激光配合相机拍照结果更为直观地展现通道的变化。Schroeder等人提出利用飞秒激光生成并相干地控制空气分子中的旋转波包产生的声波信号来增强这种对云雾粒子的清理作用。这些初步飞秒激光穿云实验实施过程，模拟云雾的方法均是通过加湿器产生液滴，然后直接灌入小型云雾腔。这种方式形成的云雾湍流扰动很大，粒子碰并聚合等作用会加速雾粒子的增长，从而由于重力作用向下沉降，容易出现云雾腔室壁上积水，通光口沾水增加激光衰减量等问题。同时，云雾腔的尺寸固定，飞秒激光穿透云雾的厚度也受到限制。而且该类型的小型云雾腔室不适合研究低温环境下，飞秒激光与冰相云雾滴之间的相互作用，功能有限。

为了能够更好地研究飞秒激光影响云雾滴行为的相关机制，设计性能可靠、模拟云雾粒子分布均一、模拟云雾厚度可调和模拟云雾粒子相态种类多样的云雾腔室，显得十分必要。为此，我们设计并提出了一种可用于模拟飞秒激光穿透不同厚度和不同相态云雾的实验装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟飞秒激光穿透不同厚度和不同相态云雾的实验装置，以解决上述现有技术存在的问题，可模拟飞秒激光与不同厚度、不同谱分布和不同相态云雾相互作用过程，结构简单，操作安全方便，功能多样，能够模拟出缓慢稳定移动、粒子分布相对均匀的云雾环境。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种模拟飞秒激光穿透不同厚度和不同相态云雾的实验装置，包括：

主舱体，所述主舱体具有夹层，所述夹层内设置有塑料保温泡沫，所述主舱体的内部由后向前分为缓冲室、过滤室和测试室，所述过滤室内可拆卸连接有整流组件；

制雾组件，所述制雾组件用于产出云雾滴，云雾滴与气流混合后引入至所述缓冲室内；

气流调节组件，所述气流调节组件用于调控进入所述缓冲室内的气流速度；