第9卷第2期王晓宾等：大气对舰载激光武器的影响及对策

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海面大气环境中作战的舰载激光武器而言，气溶胶的衰减效应比分子的衰减效应更重要。

大气造成的激光功率衰减可由布尔定律描述：（IR）=I0exp［-（α+β）R］

（3）

式中：I0是激光武器的发射光强；R是激光传输距离；α是吸收系数，包括分子和气溶胶的吸收；β是散射系数，包括分子和气溶胶的散射。

受激拉曼散射是一种非弹性散射，其散射频率不同于入射频率，同瑞利散射一样会从激光束中带走部分能量。

强湍流条件下，平面波闪烁指数[5]为：

（6）

2.4热晕

强激光在大气中传输时，大气吸收部分激光能量，导致局部气体温度升高，密度降低，高斯分布的激光束能量中心高、边缘低，使得气体密度在光束中心处低、边缘处高，产生类似负透镜的散焦作用，使激光束弯曲、扩展和畸变，称为热晕效应。热晕效应是一个非线性过程，最早由Leite等人于1964年发现，需要用气体动力学方程组、驰豫方程和非线性麦克斯韦方程联立求解[6]。热晕分为稳态热晕和瞬态热晕，稳态热晕是连续波或高重复频率强激光通过大气传输时产生的，而瞬态热晕是由脉冲强激光产生的。

热晕效应与激光输出功率、光束几何参数以及与空气热力学性质有关的多种参量有关。热晕主要由大气吸收引起，某些波长的激光热晕现象严重，有些波长的热晕现象则比较轻微，研究表明1.06μm波长的激光受热晕影响较小。当存在侧向风时，下风处空气密度降低，折射率减小，形成特有的弯向上风的新月型光束分布。在近海面大气环境中湿度较大，大气的吸收、散射和湍流作用都较强，会增强热晕效应。

热晕效应可用广义Bradley-Hermann畸变参数N[7]表示为：

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2.3大气湍流

湍流是大气的一种不规则的随机运动。由于大气中局部温度、压强、密度的随机变化，引起大气折射率的随机变化，导致光束截面内的强度闪烁、光斑漂移、光束扩展以及空间相干性退化等，称为大气湍流效应。大气湍流造成激光武器光束质量大大降低，且光斑抖动使系统难以精确瞄准目标。湍流强度随高度增加而减弱，在夜间和清晨较弱，在白天迅速增大。

描述大气湍流强度的一个重要参数为折射率结

构常数 近地面湍流强度分为强、中、弱3种：强湍 ， -12-2/3-14-2/3流 ，中湍流 ，弱湍流 =10m =10m =

10-16m-2/3。Fried相干长度r0是描述大气波前畸变范围的物理量，其表达式为：

（4）

式中：λ为激光波长；C为常数，对于平面波参数来说，C=0.185。r0越大，大气湍流对激光束影响越小。

强激光通过湍流之后的光束辐照面积A[4]将从

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（λR/D）增大到（λR/D）［1+（D/r0）］，其中，D为发

射系统光学口径直径。可以看出，湍流越强，即

()

越大，相干长度r0越短，光束面积越大，到达目标的激光功率密度就越小。

闪烁指数用来表征大气湍流引起的光强起伏的强弱。弱湍流条件下，对于平面波水平传输，对数光强起伏方差[5]为：

（7）

式中：nt为折射率随温度的变化率；α为吸收系数；P0为激光发射功率；n0为折射率；ρ为空气密度；Cp为定压比热容；v为风速；α为1/e功率点光斑半径；k为光波的波数；NE为大气衰减参量；βext为消光。系数；Nω为光束旋转参数； （5）

式中：k为光波的波数，k=2π/λ； 为Rytov指

数。

高斯光束热晕光斑峰值功率下降的经验公式为：