黄梓樾 邓宇 季小玲

(四川师范大学物理与电子工程学院,成都 610068)

地基激光空间碎片清除等激光烧蚀推进在太空中的应用中,激光功率已远超过大气非线性自聚焦临界功率,因此自聚焦效应是影响光束质量的重要因素.此外,由于高功率激光产生过程中的非线性效应,光束常伴有球差.本文采用数值模拟方法,研究了球差对高功率激光上行大气传输光束质量的影响.研究表明:对于大尺寸(光束发射尺寸)光束,利用正球差可提高靶面光强.然而,对于小尺寸光束,则需利用负球差提高靶面光强.并且,大尺寸比小尺寸光束更适合地基激光空间碎片清除等应用.在线性衍射效应和非线性自聚焦效应共同作用下,存在一个最佳发射功率使得靶面光强最大化,本文拟合出了大尺寸光束的最佳发射功率的公式.另一方面,由于衍射、自聚焦和球差均导致焦移,这使得靶面光束质量变差.本文推导出了大尺寸光束情况下透镜修正焦距公式,这样可把将实际焦点移至靶面,从而提高靶面光束质量.本文所得结论具有重要的理论和实际应用意义.

1 引言

大量的空间碎片对宇航员和航天器造成了严重威胁[1].地基激光空间碎片清除是减少低轨区域空间碎片的有效方法[2,3].其实,除了地基激光空间碎片清除,激光烧蚀推进在太空中的应用还包括激光发射小型探测器至近地轨道等[4].在这类应用中,不可避免地会遇到高功率激光在非……