Модель фазовых экранов и ее применение в задачах распространения лазерных пучков в турбулентной атмосфере

• Автор: Тамаров, Михаил Павлович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Содержание
Введение
§1 Модели атмосферной турбулентности
§2 Аналитические методы исследования
§3 Метод статистических испытаний
Глава 1 Метод фазовых экранов
§4 Фазовый экран и модель фазовых экранов
§5 Спектральный и модальный методы генерации фазовых экранов
§6 Метод субгармоник
Глава 2 Трехмерная модель случайно-неоднородной среды с широким спектром пространственных масштабов
§7 Корреляционный анализ фазы на экране в методе субгармоник
§8 Продольная корреляция в модели фазовых экранов
§9 Генерация взаимно коррелированных фазовых экранов методом скользящего суммирования
§10 Дисперсия фазы в цепочке фазовых экранов
Глава 3 Пространственная статистика светового поля
§11 Параметры задачи и расчетной модели
§12 Реализации светового поля
§13 Пространственная когерентность поля
13.1 Функция когерентности
13.2 Радиус когерентности
§14 Дисперсия флуктуаций интенсивности
§15 Влияние продольной корреляции фазовых экранов на дисперсию флуктуаций интенсивности
§16 Корреляция флуктуаций интенсивности
Глава 4 Перенос изображений
§17 Блуждание и уширение когерентного лазерного пучка
§18 Влияние продольной корреляции фазовых экранов на перенос изображения когерентного источника
§19 Протяженный некогерентный объект
Глава 5 Зарождение и блуждание филаментов при распространении мощного лазерного излучения в турбулентной атмосфере
§20 О филаментации субпнкосекундного импульса в воздухе
§21 Постановка задачи. Физическая и численная модели
§22 Влияние турбулентности на зарождение фнламента
§23 Длина нелинейной самофокусировки в турбулентной атмосфере
§24 Блуждание нелинейного фокуса в поперечном сечении пучка
§25 Траектория движущегося фокуса
§26 Формирование пучка филаментов при распространении терраватного фемтосекундного импульса в турбулентной атмосфере
Выводы
Литература
Введение

Введение
Распространение лазерного излучения в атмосфере сопровождается большим спектром явлений линейного и нелинейного взаимодействия, вызывающих искажения характеристик излучения в плоскости приема. Турбулентные флуктуации показателя преломления приводят к случайным блужданиям и уширению пучка, ухудшают пространственную когерентность светового поля. Нелинейные эффекты, связанные с поглощением, рефракцией, оптическим пробоем, ограничивают предельную мощность лазерного излучения, передаваемого на атмосферной трассе. Эффекты нелинейного рассеяния - температурного (ВТР), Мандельштамма -Бриллюэна (ВРМБ), рассеяния на частицах аэрозоля увеличивают угловую расходимость лазерных пучков. При этом ни одно из этих явлений не проявляется в отдельности.
Несмотря на то, что турбулентные пульсации показателя преломления очень малы, их влияние оказывается существенным для протяженных атмосферных трасс. При этом лазерный пучок проходит через большое число неоднородностей, и, следовательно, становятся существенными эффекты многократного рассеяния. Небольшие отклонения показателя преломления первоначально вызывают случайные искажения фазы оптической волны, которые в свою очередь приводят к флуктуациям интенсивности, случайному перераспределению энергии в оптических пучках, флуктуациям угла прихода и к ухудшению его пространственной когерентности. Флуктуации светового поля, вызванные турбулентностью, существенно влияют на развитие нелинейных эффектов рефракции, рассеяния, оптического пробоя и других. Совместное воздействие нелинейных эффектов и турбулентности может приводить, при определенных условиях, к взаимному ослаблению проявления этих факторов. Вместе с тем при сильной нелинейности турбулентность стимулирует развитие пространственно - временной неустойчивости светового поля, вызывает сильные искажения распределения плотности мощности в плоскости приема.
В последнее время с созданием мощных субпикосекундных лазеров начались интенсивные исследования филаментации сверхкоротких импульсов в воздухе и других газообразных средах. В этих экспериментах самовоздействие лазерного излучения развивается в условиях, ранее не достижимых в оптике атмосферы.
Глава 2 Трехмерная модель случайно-неоднородной среды

Корреляционные функции В"ит(р), полученные численно, приведены на Рис.2.1а,б для ряда априорных значений В‘рг. Там же представлены корреляционные функции, рассчитанные по аналитической формуле (2.2) с априорным значением ГГ.
Аналитически корреляционная функция фазы на экране для Кармановского спектра (В.8) с внешним масштабом Г0 имеет вид:
1/6
В‘(р) = сУ'ф)(Кор)5/6 Мк°р)’ (2.2)
где Г(-) - гамма - функция, К(-) - функция Макдональда.
Видно, что при В“0рг < А число итераций в методе субгармоник ЛГ незначительно влияет на й'‘“"'(р) (Рис.2.1а). Характер экспериментальных
корреляционных функций близок к аналитическим с заданным В‘0рг. Корреляционная функция поля, полученного при N} =0, то есть обычным спектральным методом, также близка к аналитической. Следовательно, применение метода субгармоник при В'0рг < А неоправдано.
Однако при Ьа0рг > А характер функциональной зависимости и
положение этой функции на оси ординат, а, следовательно, и величина дисперсии а], существенно меняются при увеличении ЛГ (Рис.2.16). Отличие Вршп(р) от
аналитической В5 (р) (2.2) имеет качественный характер при N)= 0, 2. Особенно
отличие значительно для Ва0рг =50 м.
Найдем величину внешнего масштаба В" для фазового поля экрана, получаемого в численном эксперименте. Внешний масштаб В'™ для фазового экрана, формируемого методом субгармоник и традиционным спектральным методом, определялся как параметр, при котором аналитическое выражение для корреляционной функции экрана В; (р) поля (В.8) наиболее близко аппроксимирует
зависимость В"ит{р), найденную методом Монте - Карло в ряде дискретных точек.
Дисперсия флуктуаций фазы на экране, заменяющем слой среды толщины Дг,равна: