Методика численного моделирования оптического резонатора и расчета параметров электромагнитного излучения с учетом стохастических фазовых искажений

Авторы

Страхов С. Ю.^*, Сотникова Н. В., Мишина О. А.^**

Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» имени Д.Ф. Устинова, ул. 1-я Красноармейская, 1, Санкт-Петербург, 190005, Россия

*e-mail: strakhov_siu@voenmeh.ru
**e-mail: olga_a_mishina@mail.ru

Аннотация

В работе представлена методика численного моделирования лазерных оптических систем, в частности, оптического резонатора, основанная на комплексировании различных средств численного моделирования. Предложено совместное использование оригинальной программы расчета резонатора, написанной в среде Delphi, для определения параметров электромагнитного излучения на выходе из лазерного резонатора и блока моделирования быстрого дискретного преобразования Фурье (БПФ) в среде MathCad для расчета транспортировки излучения в дальнюю зону (зону дифракции Фраунгофера).
Такое комплексирование позволяет существенно упростить оригинальный код программы расчёта резонатора в Delphi за счет исключения из него алгоритмов БПФ и их переноса в MathCad, который в отличии от Delphi имеет соответствующие библиотечные модули. В статье рассмотрены общий алгоритм расчета, его основные модули и представлены результаты моделирования оптического резонатора при наличии случайных неоднородностей на его зеркалах и (или) в активной среде лазера. 
В работе также обсуждаются особенности применения стандартных алгоритмов БПФ для моделирования распространения лазерного излучения в дальнюю зону и расчета его основных параметров – угла расходимости, числа Штреля, параметра оптического качества М2.

Ключевые слова:

оптический резонатор, дифракционное приближение, численное моделирование, число Штреля, критерий М2

Список источников

1. Авдеев А.В., Метельников А.А. Теоретическая разработка лидарной установки космического базирования на основе непрерывного химического df-лазера для мониторинга атмосферы // Труды МАИ : электрон. журн. 2015. № 81. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=57833.
2. Звелто О. Принципы лазеров. М. : Мир, 1980. 560 с.
3. Борейшо А.С., Ивакин С.В. Лазеры: устройство и действие: учебное пособие для вузов. СПб. : Лань, 2023. 304 с.
4. Возможности использования авиационной лазерной системы для борьбы с космическим мусором и поддержания орбит космического аппарата / И.Р. Ашурбейли, А.И. Лаговиер, А.Б. Игнатьев, А.В. Назаренко // Труды МАИ. 2011. № 43. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=24856
5. Авдеев А.В. Особенности получения и усиления коротких импульсов излучения в активных средах HF-HXЛ//Труды МАИ : электрон. журн. 2012. № 52. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=29454.
6. Авдеев А.В., Метельников А.А. Бортовая лазерная силовая установка для борьбы с космическим мусором // Труды МАИ : электрон. журн. 2016. № 89. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=72840.
7. Ледков А.С., Белов А.А., Тчанников И.А. Сравнение эффективности использования лазерной абляции и ионного потока для бесконтактной уборки космического мусора с квазикруговой орбиты // Труды МАИ : электрон. журн. 2022. № 127. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=170321.
8. Старовойтов Е.И. Характеристики лазерных локационных систем для коррекции бесплатформенной инерциальной навигационной системы беспилотных летательных аппаратов // Труды МАИ : электрон. журн. 2018. № 102. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=98911.
9. Непрерывные химические лазеры: учебное пособие для вузов / А.С. Борейшо, И.А. Фёдоров, С.Ю. Страхов, И.А. Киселев СПб. : Лань, 2025. 456 с. URL: https://e.lanbook.com/book/483032 (дата обращения: 22.07.2025).
10. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения. М. : Наука, 1979. 328 с.
11. Борейшо А.С., Страхов С.Ю. Системное проектирование лазерной и оптоэлектронной техники: учебное пособие. Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. 204 с.
12. Неоднородности активной среды и оптическое качество излучения сверхзвуковых химических кислородно-йодных лазеров / А.С. Борейшо, С.Л. Дружинин, В.В. Лобачев, А.В. Савин, С.Ю. Страхов, А.В. Трилис // Квантовая электроника. 2007. Т. 37, № 9. С. 831–836.
13. Савин А.В., Страхов С.Ю., Дружинин С.Л. Неустойчивые резонаторы мощных химических кислородно-йодных лазеров // Квантовая электроника. 2006. Т. 36, № 9. С. 867–873.
14. Лобачев В.В., Страхов С.Ю. Эффективность неустойчивого резонатора мощного лазера со стохастическими фазовыми неоднородностями в активной среде // Квантовая электроника. 2006. Т. 36, № 2. С. 134–138.
15. Страхов С.Ю. Ограничения в реализации многопроходных неустойчивых резонаторов // Квантовая электроника. 2009. Т. 39, № 12. С. 1153–1158.
16. Быков В.В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. М. : Сов. радио, 1971. 328 с.
17. Фаронов В.В. Delphi. Программирование на языке высокого уровня: учебник для вузов. СПб. : Питер, 2004. 640 с.
18. Программа для моделирования неустойчивого резонатора в приближении геометрической оптики : свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ RU 2023669796 / Сотникова Н.В., Страхов С.Ю. Заявл. № 2023669201, 20.09.2023 ; опубл. 20.09.2023, Открытый реестр ФИПС. 1 с.
19. Макаров Е. Инженерные расчеты в Mathcad15 : учебный курс. СПб. : Питер, 2011. 400 с.
20. Программа расчета диаграммы направленности излучения в зоне дифракции Фраунгофера и определения показателей оптического качества излучения : свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ RU 2023669890 / Сотникова Н.В., Страхов С.Ю. Заявл. № 2023669304, 21.09.2023 ; опубл. 21.09.2023, Открытый реестр ФИПС. 1 с.

Скачать статью