Investigação teórica dos fenômenos da propagação atmosférica de feixes de laser de alta potência
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
Texto Completo: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-05102023-152137/ |
Resumo: | Este trabalho visa o desenvolvimento de uma formulação analítica e modelagem computacional da propagação de feixe de lasers contínuos de alta potência (HEL) através da atmosfera. São estudados os principais fenômenos que degradam a propagação, thermal blooming e cintilação. Para tanto, uma solução numérica acoplada foi feita usando as equações de Navier-Stokes de conservação de massa, momento e energia, a equação paraxial e um modelo de tela de fase para representar a turbulência óptica. O efeito thermal blooming é modelado através do acoplamento entre o sistema de equações de Navier-Stokes e a equação paraxial. Já a turbulência óptica é realizada através de um esquema de tela de fase que engloba alterações das flutuações de temperatura de forma estocástica, respeitando uma distribuição espectral baseada na teoria de Kolmogorov, para a faixa de turbulência isotrópica. Os resultados numéricos são apresentados variando parâmetros tais como: potência do laser, nível de turbulência e diâmetro do laser. Estas variações são realizadas alterando-se os números adimensionais que constituem as equações da fluidodinâmica. |
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Investigação teórica dos fenômenos da propagação atmosférica de feixes de laser de alta potênciaTheoretical investigation of the propagation phenomena of high power laser beamsthermal bloomingequação paraxialequações de Navier-Stokeshigh energy laserslasers de alta potência (HEL)Navier-Stokes equationsoptical turbulenceparaxial equationthermal bloomingturbulência ópticaEste trabalho visa o desenvolvimento de uma formulação analítica e modelagem computacional da propagação de feixe de lasers contínuos de alta potência (HEL) através da atmosfera. São estudados os principais fenômenos que degradam a propagação, thermal blooming e cintilação. Para tanto, uma solução numérica acoplada foi feita usando as equações de Navier-Stokes de conservação de massa, momento e energia, a equação paraxial e um modelo de tela de fase para representar a turbulência óptica. O efeito thermal blooming é modelado através do acoplamento entre o sistema de equações de Navier-Stokes e a equação paraxial. Já a turbulência óptica é realizada através de um esquema de tela de fase que engloba alterações das flutuações de temperatura de forma estocástica, respeitando uma distribuição espectral baseada na teoria de Kolmogorov, para a faixa de turbulência isotrópica. Os resultados numéricos são apresentados variando parâmetros tais como: potência do laser, nível de turbulência e diâmetro do laser. Estas variações são realizadas alterando-se os números adimensionais que constituem as equações da fluidodinâmica.This work aims at the development of an analytical formulation and computational modeling of the beam propagation of continuous high-energy lasers (HEL) through the atmosphere. The main phenomena that degrade propagation, thermal blooming and scintillation are studied. For this purpose, a coupled numerical solution was implemented using the Navier-Stokes equations for mass, momentum and energy conservation, the paraxial equation and a phase screen model to represent the optical turbulence. The thermal blooming effect is modeled through the coupling between the Navier-Stokes system of equations and the paraxial equation. Optical turbulence is simulated using a phase screen scheme that incorporates stochastic temperature fluctuation changes, following a spectral distribution based on Kolmogorov\'s theory for the range of isotropic turbulence. Numerical results are presented varying parameters such as: laser power, turbulence level and laser diameter. These variations are performed by altering the dimensionless numbers that constitute the fluid dynamics equations.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPRossi, Wagner deMorais, Paulo Jorge Duda de2023-08-04info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-05102023-152137/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2023-10-06T11:37:02Zoai:teses.usp.br:tde-05102023-152137Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212023-10-06T11:37:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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