基于多項式混沌的激光大氣傳輸湍流效應不確定度量化

杜配冰，劉 鈺，陳志華，關 奇，夏洪富，蔡利兵

(西北核技術研究所，西安710024)

激光在大氣中傳輸時會出現光束擴展及功率密度下降等一系列湍流效應，使激光系統的使用效果發生變化[1-2]。數值模擬是研究激光大氣傳輸湍流效應的重要手段之一，數值模擬中常用的方法是采用多層相位屏模擬大氣湍流特性，再通過傅里葉變換求解激光的傳輸過程[3-4]，一般只針對確定的輸入參數進行計算。由于現實條件下激光器與大氣環境均非絕對穩定，激光器及大氣參數均存在著較大的隨機不確定性，這嚴重影響了數值模擬結果的可信度。近年來，張建柱等分析了大氣參數的測量不確定度對激光大氣傳輸到靶平均功率密度的影響，結果表明，當湍流越強且熱暈越弱時，大氣相干長度的測量不確定度對計算結果的影響越大[5]。陳志華等研究了激光大氣傳輸到靶平均功率密度的外推計算方法，并分析了近場激光功率密度和大氣傳輸修正系數的不確定度，結果表明，當測量路徑上的大氣相干長度大于8 cm且外推路徑上的發射仰角大于35°時，可以采用幾何外推方法計算到靶平均功率密度[6]。

對激光大氣傳輸湍流效應的數值模擬結果進行不確定度量化，可減少不確定性帶來的風險，并有效提高數值模擬的預測能力[7-8]。蒙特卡羅(MC)方法是不確定度量化中最常用的方法，具有操作簡單和適用性強等特點[9]。但MC方法的均值收斂率過慢，需要使用大量樣本進行數值模擬才能得到較精確的結果，因此計算成本過高?！?br>