2-67 信标光的理论分析与数值模拟

朱森昌 张信威 黄正丰

　　激光束在大气中传播，大气湍流效应是影响激光质量的主要因素之一。为了克服湍流造成的激光束发散，必须采用自适应光学技术进行补偿。要进行自适应操作，首先必须接收带有完整大气湍流信息的信标光，所以，信标的建立是强激光传输系统闭环的关键之一。

　　可能为我国强激光传输系统提供的非合作信标的方案有：(1) 目标反射光作信标光。也就是利用主激光射到靶上后漫反射出来的光作信标光; (2) 后向瑞利散射光作信标光。也就是利用15~20km以下高度的高层大气分子对激光的后向瑞利散射提供信标。

　　模型采用Monte Carlo方法，模拟在信标激光器照射条件下光子在大气中的输运，计算目标反射光和后向瑞利散射光在探测点形成的信标光强度及相应的散射本底。经过模拟计算，得到以下几点初步结果：

　　(1)在其他模拟条件不变的情况下，靶高5km的目标反射光产生的信标光强度与信标区为4～6km的后向瑞利散射产生的信标光强度大小相当。

　　(2)对于冬晴天气、靶高5km、每脉冲能量0.2J的信标激光器，f 5cm的子孔径上可接收几万个光子（未考虑发射和接收光路中的激光能量损失）；但对于夏阴天气条件，子孔径上可接收的光子数则不能满足探测要求。

　　(3)散射本底时间积分值虽高于信标强度若干量级，但可采取快门和准直措施适当满足信噪比要求。

　　(4)用目标反射光作信标光，当靶高大于数十公里时，所需激光器能量与靶高的平方成正比。用后向瑞利散射光作信标光，信标激光器所要求的能量随信标区高度的增加呈指数增长。由于得到每脉冲几十焦耳输出能量的激光器比较困难，所以限制了后向瑞利散射信标的应用范围，只能在15～20km以下。

　　(5)在其他模拟条件不变的情况下，斜向（a＝60°）传输与上行（a＝0°）传输比较，目标反射光强度在冬晴条件下减少不多（下降近1/3），但在夏阴条件下影响很大。

　　(6)数值计算结果表明，当天顶角为0°，信标高度为5km时，瑞利信标光强度的时间积分值约与信标区厚度成正比关系。