精细光场气动光学数值计算研究

摘要

目前的气动光学研究中,主要是依靠计算光场的光程差来对气动光学效应进行分析和验证,其基本思想是,当离散后的流场网格尺度的量级远大于波长尺度量级,对于每一个网格内的流场来说,其实质是一个均匀的流场,且不需要考虑光场的波前散射效应.但是激光光束的相干度很高,波前散射效应受流场不均匀特性的影响更加显著,这就需要利用更加精细的流场计算条件,其网格的细密程度甚至可逼近一个波长尺度,来对气动光学效应进行研究.采用近场衍射积分的方法,对不均匀流场条件下的激光光束的近场气动光学效应,做了初步的理论研究和数值仿真，包括采用瑞利—索末菲尔近场衍射的理论计算，针对高分辨率流场网格建立了近场衍射数值计算方法；直接求解麦克斯韦微分／积分方程组，建立了基于LeLe紧致差分网格，采用高阶Runge-Kutta方法计算散射场分布，建立了一种高分辨率的微分数值计算方法。