摘要
在国防军事领域中，高能激光武器利用激光束直接打击目标或者使目标部件失效，具有效费比高、反应速度快、打击距离远、发现即毁伤等优点，在未来现代化和信息化战争中将发挥重大作用，因此高能激光武器的部署研究是各国激烈角逐的焦点。但是激光在传输过程中会受到大气湍流和热晕的影响，导致光束质量变差，影响最终的毁伤效果，对此，可以在激光武器发射端对激光进行预校正以达到改善目标处光束质量、提高毁伤效率的目的。通过研究高能激光在大气传输过程中的湍流效应、热晕效应以及最终的毁伤过程，建立一个高能激光预校正大气传输和激光毁伤的全链路仿真模型，对高能激光武器的初始设计分析具有一定的参考价值。本文主要研究内容如下: 阐述了大气湍流的相关理论及其构造相位屏的方法，对功率谱反演法低频谐次补偿构造相位屏进行验证，然后介绍了大气激光传输多相位屏法，模拟了高斯光束在真空中的传输并和理论值进行对比，验证该模型的正确性。针对高能激光垂直传输过程中大气湍流随高度的分布特性，在Hufnagel-Valley典型大气湍流廓线模型下，对比三种相位屏分布方案，选择等Rytov指数间隔的分布方案进行仿真，分别对短曝光和长曝光下的目标处光斑进行模拟。 介绍了高能激光在传输过程中的大气吸收和衰减效应以及热晕效应的相关理论，采用加权平均等效的方法，建立高能激光垂直传输热晕模型，研究垂直传输过程中高斯光束产生的稳态热晕效应，分析不同传输距离、光束半径、发射功率对热晕效应的影响，结果表明在其他参数一致的情况下，随着传输距离的增加、光束半径的减小、发射功率的增大，热晕效应越强。接着模拟了不同半径平面波的稳态热晕效应，和高斯光束进行对比，其热畸变特征有所不同。综合考虑湍流和热晕效应，采用多相位屏法对不同半径的高斯光束进行模拟，当半径越小，短曝光光斑热畸变特征越明显，长曝光光斑和等半径高斯光束的热晕光斑相似。 阐述了高能激光预校正基本理论和光束质量评价方式，采用相位共轭的方法分别对大气湍流、热晕及其综合效应进行理想相位共轭校正。对大气湍流的理想相位共轭校正效果采用轴上峰值斯特列尔比和质量因子作为评价指标，分析长曝光下不同半径高斯光束的理想相位共轭校正效果。对热晕的理想相位共轭校正效果主要使用峰值偏移量和质量因子进行描述，通过改变半径来改变热畸变程度，探究不同热畸变程度的校正效果。对大气湍流和热晕的综合效应进行理想相位共轭校正分析，其校正效果和热畸变程度有关。最后，改变相位校正的程度，分析对比不同校正程度下的校正效果。 最后对高能激光与材料的相互作用进行简单介绍，阐述了模拟激光烧蚀作用的基本理论及其方法，采用有限元软件进行模拟，结果表明变形几何方法建立三维模型更适合描述激光毁伤效应。联合实例进行相位预校正高能激光大气毁伤模拟，发现理想相位共轭校正可以增大峰值功率密度，提高毁伤效率。
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