小尺度流场内涡旋光束的气动光学特性

简介

构建了一个小尺度流场模型,采用二阶紧致差分对抛物型的复振幅微分方程进行求解,探究小尺度流场内的气动光学特性。应用龙格-库塔法(Runge-Kutta methods)沿光束路径做非线性积分,计算不同拓扑荷数的LG光束在不同马赫数、不同攻角、不同海拔经过小尺度流场后的光强和光程差(OPD)分布,并与高斯光束进行对比评价光束质量。仿真结果表明,在相同的流场环境下,LG光束的拓扑荷数越大,相位稳定性越好,且均优于高斯光束。在振幅稳定性上,拓扑荷数越大振幅稳定性越差,成像偏移越大,与高斯光束相比,LG光束受海拔和攻角的影响更大,当且仅当径向指数为0,拓扑荷数为1时LG光束优于高斯光束。这些特性对气动环境下自由空间光通信技术应用提供了理论参考。