Корреляция лазерных пучков в турбулентном слое и диагностика параметров турбулентности

• Автор: Куликов, Виктор Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 161 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение

Цели диссертационной работы

Защищаемые положения..'

Глава 1. Корреляции лазерных пучков в турбулентном слое. Модели турбулентности

§1.1 Искажения фазы и способы их описания

§1.2 Корреляционная функция коэффициентов Цернике

§1.3 Модели турбулентности

§1.4 Временные флуктуации фазы в турбулентной среде

§ 1.5 Выводы к главе

Глава 2. Оценка анизопланатизма в турбулентной структурированной атмосфере
§2.1 Метод моделирования
§2.2 Фазовые экраны
§2.3 Программная среда и реализация метода
§2.4 Результаты
§2.5 Выводы к главе
Глава 3. Физическое моделирование ту рбулентности в жидкостной ячейке
§3.1 Схема экспериментальной установки
§3.2 Измерения фазы волнового фронта
§3.3 Параметры экспериментальной турбулентности. Спектр мод Цернике
§3.4 Корреляционные функции мод Цернике фазы коллимированного лучка
§3.5 Корреляционные функции мод Цернике фазы расходящегося пучка
§3.6 Изотропность изучаемой турбулентности
§3.7 Выводы к главе
Глава 4. Оценка характерных масштабов ту рбулентности
§4.1 Численный расчет и сравнение моделей
§4.2 Метод оценки характерных масштабов
§4.3 Анализ экспериментальных результатов в случае коллимированного пучка и оценки масштабов турбулентности
§4.4 Экспериментальные ошибки и границы области определения характерных масштабов
§4.5 Анализ экспериментальных результатов в случае расходящегося пучка и оценки масштабов турбулентности
§4.6 Выводы к главе
Заключение

Список литературы

Введение
Наблюдения в условиях турбулентной атмосферы сопровождаются искажениями изображения, вызванными флуктуациями показателя преломления. Статистика этих флуктуаций ограничивает эффективность оптических приборов и возможность коррекции искажений методами адаптивной оптики [1,2]. Для расчета вносимых атмосферой искажений необходимо знать характеристики турбулентности вдоль всей трассы наблюдения, однако такая информация в большинстве случаев отсутствует. В таких ситуациях обычно используют различные модели атмосферы, учитывающие опыт предыдущих исследований. Весьма привлекательна идея определения параметров трассы распространения светового пучка путем анализа искажений, накопленных этим пучком при прохождении атмосферы. В настоящее время активно развиваются методы, основанные на анализе корреляционных и структурных функций прошедшего через среду непрерывного излучения или рассеянного в облаках лазерного импульса, такие как ЬГОАЛ [3] и БЬСЮАК [4]. Появление искажений вызвано, главным образом, неоднородным распределением температуры в турбулентной среде, приводящим к вариациям показателя преломления, а также наличием ветра. При достаточно слабой турбулентности можно считать, что она вносит добавку только в фазу световой волны, приводя к искажению регистрируемого изображения. Естественно возникает задача оценки параметров турбулентности по наблюдаемым искажениям фазы. Фазовые измерения в оптике требуют высокой когерентности исходного светового пучка и поэтому могут быть практически реализованы только с лазерными источниками. Таким образом, сформулированная проблема относится к области лазерной диагностики турбулентной атмосферы.
Схожая задача возникает в связи с анализом работы адаптивных систем, использующих опорный источник. В этих случаях важную роль играют
корреляционная функции фазы. В случае адаптивной системы с опорным пучком такой информации недостаточно и необходимо знать взаимные корреляции фазы в двух близких пучках. Когда оптические пути двух приходящих на апертуру волн не одинаковы, мы не можем считать полученные ими искажения идентичными. Это явление известно как явление анизопланатизма. Вводят изопланатический угол 0о, считая, что при угле между пучками меньшем 0О искажения можно приближенно считать идентичными. При углах, больших 0О, искажения становятся существенно различными, и корреляция между ними спадает с дальнейшим увеличением угла. Анализ явления анизопланатизма позволяет найти корреляции фазы между разнесенными пучками. Рассмотрим основные способы описания фазовых искажений световых пучков в атмосфере.
Структурная функция фазы по определению усредненный квадрат разности фаз в двух точках
При рассмотрении двух пучков можно ввести взаимную структурную функцию для двух волн, которые распространяются от различных когерентных источников:
а рг — вектор, направленный от одной точки к другой в плоскости приемной
апертуры, Р2 — } ~гг, ф (Г) и <р2 (р) — фазовые профили волн,
измеренные в плоскости приемной апертуры, распространяющиеся от одного и другого источника соответственно.
(1.2)
(1.3)
где рх — вектор, направленный от одного источника к другому, р =ї*{~ Р ,