基于等离子体-光场耦合模型计算激光在水云系统中传播距离的方法

技术特征：
1.一种基于等离子体-光场耦合模型计算激光在水云系统中传播距离的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：计算不同水云系统不同尺寸下的液滴数密度；计算液滴中产生的等离子体的电子密度分布；计算液滴对光场的反馈以及光学性质的变化；计算液滴对不同激光强度下的非线性吸收率；计算激光在不同大气水云系统中的传播距离。2.根据权利要求1所述的基于等离子体-光场耦合模型计算激光在水云系统中传播距离的方法，其特征在于，在不同水云系统中液滴的数密度有：其中，n表示总的数密度，a表示不同水云系统中的归一化常数，r0代表液滴建模所用半径，α和γ描述的是液滴尺寸分布的斜率。3.根据权利要求2所述的基于等离子体-光场耦合模型计算激光在水云系统中传播距离的方法，其特征在于，计算液滴中产生的等离子体的电子密度分布的具体计算公式为：其中，右边前两项表示多光子电离以及雪崩电离引起的电子数目的增殖，后面两项表示电子在增殖过程中由于复合以及扩散效应造成的损耗；β
k
是k阶多光子吸收截面，ω、i分别表示约化普朗克常量、激光频率、激光强度，d、ρ
t
、g、v
p
分别为电位移矢量、中性分子数密度、复合系数、未受扰动下的水的有效电离势，此外，σ
a
为雪崩电离的电离截面，表示为：上式中，τ
c
为电子碰撞时间参数，c、m、ε0、n0分别表示真空中光速、电子质量、真空介电常数、以及未受扰动下水的折射率，τ、e分别为脉冲宽度以及单个电子所带电荷。4.根据权利要求3所述的基于等离子体-光场耦合模型计算激光在水云系统中传播距离的方法，其特征在于，计算液滴对光场的反馈以及光学性质的变化，具体方法为：上式中，ε
rl
、μ0、j表示线性真空介电常数、真空磁导率、自由电流密度；e为电场振幅；p
nl
为非线性极化，表达式为：p
nl
＝2n0n2ε0ie icn0e(β
k
i
k-1
σ
c
ρ)ω-1
其中，n2为非线性光克尔系数，ρ为演化过程中自由电子数密度；液滴光学性质的改变：其中，σ
c
是一个复数表达式：
通过联立上述方程以及comsol的数值模拟得到激光与液滴相互作用过程中的产生的电子密度分布，以及等离子体对于光场的反馈作用，对于给定的激光强度i，得到液滴在不同参数下的吸收系数变化。5.根据权利要求4所述的基于等离子体-光场耦合模型计算激光在水云系统中传播距离的方法，其特征在于，计算液滴对不同激光强度下的非线性吸收系数的计算过程为：不同参数下对应的等离子体吸收系数的变化：上式中，n
r
代表等离子体对介质的折射率的影响，n
i
为等离子体的消光系数；吸收系数的计算方法为：得到等离子体对于激光能量的吸收系数：通过对上式的联立，在给定波长的条件下，得出液滴对于不同激光强度的吸收系数的变化，以及给定激光强度入射时，液滴对能量吸收随时间的变化关系。6.根据权利要求5所述的基于等离子体-光场耦合模型计算激光在水云系统中传播距离的方法，其特征在于，激光在不同大气水云系统中的传播距离的计算公式为：上式中，l为光束长度，r为激光初始半径，r、n分别为液滴半径以及半径为r时的液滴数密度，α为不同激光强度对应下的吸收系数，τ
p
为激光脉冲宽度。7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-6中任一所述的方法的步骤。8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-6中任一所述的方法的步骤。9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6中任一所述的方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于等离子体-光场耦合模型计算激光在水云系统中传播距离的方法，包括：计算不同水云系统中不同尺寸液滴的数密度，根据液滴尺寸的不同，计算激光在单个液滴中产生的等离子体的电子密度的分布；根据电子密度分布的变化，计算液滴对于光场的反馈以及液滴光学性质的变化；通过对光学性质变化的计算，计算液滴对于不同激光强度的非线性吸收。通过考虑液滴对光场的散射以及吸收，可得到激光在不同大气水云系统中的传播距离。光在不同大气水云系统中的传播距离。光在不同大气水云系统中的传播距离。


技术研发人员：陆健 杨志
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2022.11.22
技术公布日：2023/3/3