离焦像差对激光测距回波光子数的影响分析

摘要: 卫星激光测距中，为满足不同距离目标的测距要求，需要调整激光光束发散角。通常利用离焦式扩束系统改变两透镜间距离调整发散角会产生离焦像差，影响激光光束质量和系统测距能力。因此，研究离焦像差对激光光束质量和系统测距能力的影响具有重要意义。首先，分析扩束系统对基模高斯光束的变换作用，得到发散角和离焦量的关系。其次，基于基模高斯光束的传播理论，得到离焦像差对光束能量密度空间分布的影响。最后，对于不同距离的卫星，计算存在离焦像差和无离焦像差时激光测距系统接收的回波光子数。仿真结果表明：发散角和离焦量近似服从线性关系，离焦量变化，发散角变化；离焦像差影响光束的能量密度分布，使光斑弥散；对于不同距离的卫星，在不同角放大率下无离焦像差时测距系统接收到的回波光子数约为存在离焦像差时的2倍，可有效提高系统的测距能力。