光子蒙特卡罗气动光学分析算法

光子统计视角

相比传统方法忽略吸收散射，该算法从光子统计视角完整描述高超声速湍流中的光传输畸变过程。

杨博 · Yu, He · Liu, Chaofan · Wei, Xiang · Fan, Zichen · Miao, Jun

Photonics 2023

技术优势

补全了能量损失评估

通过统计光子包在传输中的耗散能量，算法直接给出能量损失量，而传统方法只给波前畸变，无法评价光束能量衰减。

考虑了散射与吸收

传统方法忽略吸收与散射效应，本算法在蒙特卡罗传输中同时处理这些过程，更完整地描述光在湍流中的行为。

能算不同工况的畸变趋势

仿真结果表明，飞行高度降低或速度增加时畸变更严重、能量损失更大，可指导不同飞行条件下的误差评估。

应用场景

• 高超声速飞行器光学传感器：用于评估高超声速飞行器上光学传感器因气动光学效应导致的成像畸变和能量损失，辅助传感器设计。
• 气动光学效应评估：提供一种基于光子统计的完整分析工具，同时给出波前畸变与能量损耗，提升误差评价的全面性。
• 光传输仿真：通过蒙特卡罗方法模拟光子在湍流介质中的随机传输过程，可复现吸收、散射等效应，用于光传播特性研究。
• 湍流介质光传输：从微观光子统计角度刻画湍流介质中的光传输，为理解能量输运和畸变机制提供定量手段。