Leistungs- und Strahlungsskalierung in Coherent Beam Combination

Im Allgemeinen wird gesagt, dass für die inkohärente Laserstrahlkombination die Intensität mit N skaliert (wobei N = # der Laser), während die Intensität mit skaliert$N^2$für kohärentes Kombinieren.

$$I_{array,incoherent}=N*I_{single}$$
$$I_{array,coherent}=N^2*I_{single}$$
Warum? Denn beim kohärenten Kombinieren addieren sich die Amplituden und die Intensität skaliert mit dem Quadrat der Amplitude.

Die Dinge scheinen jedoch etwas nuancierter zu sein, und ich habe das Gefühl, einige verwirrende Informationen gelesen zu haben, während ich tiefer in die Theorie eintauche, auf die ich weiter unten näher eingehen werde. Stellen Sie sich zwei Methoden des kohärenten Kombinierens vor:

Methode A --> "Nebeneinander" oder "gekachelt", Kombinieren. N Laser werden in einem Array mit Füllfaktor 1 angeordnet, alle in Phase.

Methode B --> Kombination "Gefüllte Öffnung". N Laser werden unter Verwendung von 50/50-Strahlteilern und unter Verwendung der 100 % konstruktiven Interferenz von einem Ausgang kombiniert, wenn die Phase genau richtig ist.

Was ich nicht verstehe, stammt aus dem folgenden Papier: https://www.ll.mit.edu/news/Fan_LaserBeamCombining.pdf besagt Folgendes:

Eine andere Möglichkeit, die Nichtidealität von CBC-Systemen zu betrachten, besteht darin, zu erkennen, dass für die ideale Phasenlage einer Anordnung von N Elementen die Fernfeldintensität auf der Achse N-mal höher ist als für die gleiche Anordnung ohne feste Phasenbeziehungen ( inkohärent) unter den Elementen [3]. Dies kann einfach verstanden werden, indem man erkennt, dass die Strahlung des inkohärenten Arrays bestenfalls die eines einzelnen Elements ist und dass ein System mit idealer Phasenlage eine Strahlung hat, die das N-fache dieses Betrags ist.

Dies legt nahe, dass, wenn die Fernfeldintensität für inkohärentes Kombinieren (im Vergleich zu einer einzelnen Quelle) um einen Faktor N höher ist, dies der Fall sein sollte$N*N=N^2$höher für kohärentes Kombinieren. Direkt danach heißt es

Als Anmerkung: Es wurde oft gesagt, dass die On-Axis-Intensität von CBC-Systemen wie folgt skaliert$N^2$(zB siehe [4]), was im Widerspruch zur angegebenen Helligkeitsskalierung zu stehen scheint. Die Intensität auf der Achse skaliert wie folgt$N^2$, aber nur, wenn die emittierende Apertur proportional zu N wächst. Wenn stattdessen die Aperturgröße auf eine feste Größe beschränkt ist, skaliert die Intensität auf der Achse nur als N.

Bei Methode A (gekachelt) kann ich sehen, wie die emittierende Apertur wächst (aufgrund des Arrays) und dass die Intensität tatsächlich mit skaliert$N^2$. Bei Methode B (gefüllte Apertur) besteht jedoch eines der Merkmale darin, dass die Aperturgröße konstant bleibt.

Bedeutet dies dann tatsächlich, dass Sie bei Verwendung dieser kohärenten Kombinationsmethode wirklich nur einen Faktor N erhalten und nicht$N^2$höhere Intensität?
(Wenn ja, was ist mit dem Quadrat der Amplitude passiert? Gibt es eine Möglichkeit, die Fläche zu vergrößern, um die$N^2$Abhängigkeit?)

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Einige Überlegungen, die meiner Meinung nach nicht in die Frage passen, aber nützlich sein könnten:

Für Methode A würde ich sagen, dass die Gesamtstrahlleistung mit N (Laser) skaliert. Aufgrund der reduzierten Divergenz skaliert dann die endgültige Intensität auf der Achse mit$N^2$. (Ein Faktor N aufgrund der Anzahl der Laser, einer aufgrund der reduzierten Divergenz)

Für Methode B würde ich sagen, dass die Gesamtstrahlintensität mit skaliert$N^2$(Laser, konstruktive Interferenz) und die Divergenz wird nicht beeinflusst, was auch zu einer Intensität auf der Achse von führt$N^2$, und nicht das oben vorgeschlagene N. Extra: Wenn die Intensität ($W/m^2$) skaliert mit$N^2$zunimmt, und die Strahlfläche gleich bleibt, würde ich immer noch mit einem rechnen$N^2$Abhängigkeit auch von der Leistung, obwohl man keine zusätzliche Leistung „machen“ kann?