顆粒污染光學鏡面激光傳輸損耗的特性研究.pdf

1、光學鏡面作為光學系統(tǒng)中的重要元件,它的散射特性對整個系統(tǒng)的性能會產(chǎn)生重要的影響。在實驗室與中國工程物理研究院激光聚變研究中心合作項目的資助下,本文首先利用米氏散射理論建立了用于描述沉降在光學鏡面上的顆粒污染物的散射特性的雙向反射分布函數(shù)(BRDF)模型,隨后使用Matlab模擬仿真軟件,編制了用于計算 BRDF的模擬仿真程序,分別計算了可見光0.6328μm、近紅外光1.053μm和熱紅外光10.6μm三種入射激光波長情況下光學鏡面顆粒

2、污染物的雙向反射分布函數(shù)(BRDF),最后根據(jù)計算結果研究了激光入射時,光學鏡面在不同污染條件下的散射特性。計算結果表明:
　　(1)光學鏡面的 BRDF與入射激光的波長之間具有十分明顯的關系,隨著入射激光的波長逐漸變短,光學鏡面上的 BRDF數(shù)值逐漸的變大,表明光學鏡面上的散射在入射激光波長較短時比較復雜。
　　(2)對于干凈的粗糙鏡面,鏡面的 BRDF與鏡面的粗糙度及自相關長度具有顯著地關系,在自相關長度一定的情況下:鏡

3、面粗糙度遠遠小于入射激光波長(σ<<λ)時,干凈鏡面的散射強度與粗糙度σ成正比,而與入射激光波長λ成反比。
　　(3)當光學鏡面受到顆粒污染物污染之后,污染鏡面的散射光強度與光學鏡面上污染顆粒物的數(shù)量關系密切:鏡面上的污染顆粒的數(shù)量越大,所得的BRDF值就越大,散射情況越復雜。
　　(4)受到顆粒污染的鏡面上的散射光強度還與污染顆粒物的尺寸大小之間存在著關系:鏡面上存在大尺寸顆粒時,BRDF曲線的波動變得十分劇烈,散射變得愈

4、加復雜。
　　在許多的情況下,光學鏡面受到污染之后的污染程度常常用“潔凈度”來表示。利用建立的雙向反射分布函數(shù)(BRDF)模型,在上述三種激光(0.6328μm、1.053μm、10.6μm)入射的情況下,我們還對在基本潔凈(潔凈度200)、輕度污染(潔凈度500)及重度污染(潔凈度750)三種光學鏡面潔凈度下鏡面的 BRDF進行了模擬計算,結果表明:
　　(1)在入射激光的波長一定的情況下,隨著光學鏡面的潔凈度逐漸變大,鏡

5、面上BRDF值也隨之變得越來越大,散射也就越強,變得更加復雜。
　　(2)光學鏡面處于較低的潔凈度時所引起的 BRDF值就能與鏡面粗糙度引起的BRDF相當,這說明鏡面較少的污染顆粒就會對光學鏡面的散射產(chǎn)生較為顯著地影響,并且入射激光波長越長,這種現(xiàn)象越明顯。
　　在上述理論分析的基礎上,首先介紹了一種測量BRDF的常用方法,然后根據(jù)CCD成像原理,運用光束質量分析儀進行了探索性實驗。對污染鏡面的實驗結果進行了初步的研究,結果