авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Апертурные эффекты стохастизации лазерного излучения в приземной атмосфере

На правах рукописи

Маганова Мария Сергеевна

АПЕРТУРНЫЕ ЭФФЕКТЫ СТОХАСТИЗАЦИИ

ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЕ

01.04.05 – оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Москва – 2005

Работа выполнена на кафедре оптики и спектроскопии физического

факультета Московского государственного университета им.

М.В. Ломоносова.

Научный руководитель: Доктор физ.-мат. наук, профессор Короленко Павел Васильевич (кафедра оптики и спектроскопии физического факультета МГУ)

Официальные оппоненты: Доктор физ.-мат. наук Саркаров Ниджеф Экбербубаевич (Троицкий институт термоядерных и инновационных исследований) Кандидат физ.-мат. наук, доцент Вологдин Александр Георгиевич (кафедра физики атмосферы физического факультета МГУ)

Ведущая организация: Научный центр волновых исследований Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Защита состоится «» 2005 г. в 15 часов на заседании Специализированного Совета Д 501.001.45 в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу:

119992, г. Москва, Воробьевы горы, НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына, МГУ, 19-й корпус, ауд. 2-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ.

Автореферат разослан «_» 2005 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, доктор физ.-мат. наук Апертурные эффекты стохастизации лазерного излучения в приземной атмосфере

Общая характеристика работы

Актуальность темы В настоящее время сохраняют актуальность исследования, связанные с распространением лазерного излучения в приземной атмосфере. Изучение физических эффектов, которые сопутствуют распространению лазерных пучков, имеет большое значение для совершенствования оптических систем связи, локации, а также разнообразных метрологических и лидарных устройств.

Несмотря на то, что этим вопросам посвящены многочисленные публикации, целый ряд явлений, важных с теоретической и практической точек зрения, оказался слабоизученным. К ним можно отнести апертурные эффекты при распространении лазерных пучков в приземной атмосфере с изменяющимся состоянием турбулентности. Апертура пучков существенным образом влияет на структуру флуктуаций излучения, проявляющуюся в пространственно-временных изменениях интенсивности, фазы и смещениях «центра тяжести» пучков. Весьма сложный и далеко не изученный характер это влияние имеет в условиях неоднородности турбулентных процессов, развивающихся в атмосфере большого города. При этом не ясно, можно ли свести учет неоднородности турбулентности в приземном воздушном слое к небольшим поправкам к известным закономерностям, определяющим связь между турбулентностью и уровнем флуктуаций, или же требуется серьезный пересмотр основных теоретических положений, определяющих распространение лазерного пучка в открытых каналах.

Исследования апертурных эффектов при распространении лазерного излучения по атмосферным трассам позволяет, в свою очередь, получить важную информацию об особенностях и изменениях структуры мелкомасштабной турбулентности.

Цель и задачи Цель диссертационной работы состоит в многопараметрическом анализе апертурных эффектов стохастизации лазерного излучения на приземных городских трассах при различных состояниях атмосферной турбулентности.

Работа предполагает решение двух взаимосвязанных задач. Первая из них заключается в получении, обработке и сопоставлении экспериментальных данных, характеризующих в широком наборе метеопараметров флуктуационную структуру лазерных пучков с различной апертурой. Вторая задача состоит в поиске возможности теоретических оценок трансформации характеристик лазерного излучения при изменении свойств атмосферной турбулентности. При решении указанных задач особое внимание уделяется анализу эффектов, связанных со случайными смещениями лазерных пучков на приемной апертуре.

Научная новизна результатов В диссертационной работе впервые на городских приземных трассах в условиях неустойчивости атмосферной турбулентности экспериментально Общая характеристика работы определены зависимости, характеризующие влияние на процессы стохастизации излучения апертуры лазерных пучков. Для теоретического описания наблюдаемых эффектов и интерпретации установленных закономерностей предложены подходы, позволяющие адаптировать известные представления о стохастизации излучения в атмосфере с однородными и изотропными турбулентными процессами для случая перемежающейся турбулентности.

Положения, выносимые на защиту 1. Реализованная при проведении исследований оптическая схема экспериментального стенда с атмосферной трассой, а также разработанные методики регистрации и обработки данных о флуктуациях излучения позволяют осуществлять анализ и сравнение статистических характеристик излучения для различных параметров атмосферных трасс.

2. В условиях стационарных характеристик турбулентности с увеличением апертуры коллимированных лазерных пучков имеет место постепенное усложнение пространственной структуры излучения от квазирегулярной к спеклоподобной. При этом поведение центров тяжести пучков соответствует основным теоретическим представлениям, относящихся к модели однородной и изотропной турбулентности.



3. Спорадическая стохастизация лазерного пучка, являющаяся следствием перемежаемости мелкомасштабной турбулентности, характеризуется резким увеличением дисперсии локальных флуктуаций интенсивности и существенными искажениями амплитудно-фазового профиля;

в то же время влияние перемежаемости турбулентности на флуктуации центра тяжести пучка проявляются гораздо слабее. Время пребывания пучка в стохастическом состоянии в сильной степени зависит от апертуры пучков и резко увеличивается, если число Френеля трассы превосходит единицу.

4. Даже слабые осадки на трассе в виде снега или дождя значительно уменьшают случайное блуждание пучка в плоскости приемной апертуры. При этом в спектре смещений пучка усиливаются низкочастотные колебания.

5. Интерпретация наблюдаемых апертурных эффектов, влияющих на характер спорадической стохастизации излучения, возможна на основе расчетных соотношений, справедливых для модели однородной и изотропной турбулентности, в предположении, что основное влияние на стохастизацию световых пучков оказывает изменение внутреннего масштаба турбулентности.

Достоверность результатов Достоверность результатов обеспечивается тщательной проработкой методик измерений, многократностью проводимых экспериментов, согласием экспериментальных результатов с данными теоретического анализа и современными знаниями о турбулентной атмосфере и процессах распространения в ней световых волн.

Апертурные эффекты стохастизации лазерного излучения в приземной атмосфере Практическая значимость Практическая значимость работы определяется возможностью использования полученных в ней результатов для оптимизации характеристик разнообразных метрологических, локационных и навигационных устройств, а также систем связи, использующих открытые каналы распространения излучения.

Кроме того, разработанные методики могут найти применение в системах, обеспечивающих лазерный мониторинг состояния приземной атмосферы.

Апробация результатов Основные результаты работы докладывались на конференциях: ICONO '95, Санкт-Петербург, (1995);

«Лазерные технологии – 98», Шатура, (1998);

Nineteenth International Laser Radar Conference, Maryland, USA, (1998);

«Прикладная оптика ’98», Санкт-Петербург, (1998);

«Распространение радиоволн», Казань, (1999);

20 International Laser Radar Conference abstracts (IPSL), Vichy, France, (2000);

«Оптика-2000», Санкт-Петербург, (2000);

VIII Join International Symposium “Atmospheric and ocean optics. Atmospheric physics”, Иркутск, (2001);

«Оптика 2001», Санкт-Петербург, (2001);

всероссийской школе-семинаре «Волновые явления в неоднородных средах», Красновидово, МО, (2002);

«Оптика-2003», Санкт-Петербург, (2003);

«ВНКСФ-10», Москва (2004);

всероссийской школе семинаре «Волновые явления в неоднородных средах», п-т Университетский, МО, (2004);

«Ломоносов-2004», Москва (2004).

Публикации Полученные научные результаты отражены в 25 публикациях (из них 15 – тезисы докладов). Некоторые из используемых в работе методов обработки данных получили освещение в изданном монографическом учебном пособии.

Список опубликованных работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации Диссертация изложена на 102 страницах. Она состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 102 наименований, содержит 23 рисунка, таблицы.





Содержание работы Введение Во введении содержится обоснование актуальности выбранной темы, излагаются цели диссертационной работы, сформулированы основные положения выносимые на защиту, приводятся сведения об апробации результатов работы и о публикациях автора.

Содержание работы Первая глава В первой главе, представляющей литературный обзор по теме работы, рассмотрены результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния геометрии атмосферных трасс и характеристик среды распространения на структуру флуктуаций лазерного излучения. Проанализированы литературные сведения, относящиеся к особенностям турбулентных процессов в приземном воздушном слое. Рассмотрены наиболее общие подходы к теоретическому описанию взаимодействия излучения с турбулентной средой. Обсуждается согласованность теоретических представлений с результатами экспериментов.

Обзор завершается анализом проблем и вопросов, слабо освещенных в литературе.

Вторая глава Вторая глава диссертации посвящена описанию экспериментального стенда и методики измерений. Экспериментальный стенд включает горизонтальную и наклонную атмосферные локационные трассы, построенные с использованием зданий МГУ на Воробьевых горах (см. рис. 1). Такие трассы характерны для городского ландшафта.

Приемная и передающая аппаратура размещены на высоте 25 м от поверхности Земли. На этой же высоте проходит горизонтальная трасса.

Отражающее зеркало наклонной трассы располагается на высоте 165 м от поверхности Земли. Длина горизонтальной трассы в одном направлении составляет 280 м, наклонной – 320 м.

В качестве источника непрерывного излучения использовался одномодовый гелий-неоновый лазер, работающий на длине волны = 0,63 мкм.

Лазерный пучок попадал в атмосферу, пройдя формирующий телескоп, уменьшающий угловую расходимость излучения. Пучок, пришедший с трассы, через принимающий телескоп направлялся в устройство, обеспечивающее регистрацию амплитудно-фазовых характеристик светового поля.

Приемная и передающая апертуры горизонтальной и наклонной трасс были пространственно разнесены на 30 см. Это исключало перекрытие пучков на локационной трассе, распространяющихся в противоположных направлениях, и позволяло не учитывать эффект «усиления флуктуаций», возникающий в перекрывающихся световых полях.

Локальные флуктуации интенсивности прошедшего трассу пучка регистрировались с помощью фотодиода. Была предусмотрена также возможность производить синхронную регистрацию видеоизображений и аналоговых сигналов изменений интенсивности. Для регистрации фазовых характеристик служил сдвиговый интерферометр типа Маха-Цандера.

Зарегистрированные аналоговые сигналы и видеоизображения направлялись в компьютер для определения статистических характеристик излучения.

Апертурные эффекты стохастизации лазерного излучения в приземной атмосфере Рис. 1. Расположение приземных лазерных локационных трасс (белые линии) в районе Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. a – входная и выходная апертуры;

b1, b2 – отражающие зеркала. ab1 – горизонтальная, ab2 – наклонная трассы.

Для получения статистических данных аналоговые и видеосигналы записывались в течение нескольким минут. Это обеспечивало наличие в каждой записываемой «протяжке» несколько тысяч видеокадров и несколько десятков тысяч значащих точек оцифрованного аналогового сигнала.

Параллельно с регистрацией оптических характеристик оценивались метеорологические параметры трассы (температура, давление, влажность, скорость и направление ветра, дальность оптической видимости) в точках расположения приемо-передающей аппаратуры, отражательных зеркал и в непосредственной близости от подстилающей поверхности, а также проводилось определение структурной характеристики флуктуаций показателя преломления 2 Cn. При определении Cn использовались соотношения, связывающие величину Cn с значениями метеопараметров, дисперсией флуктуаций интенсивности и количеством винтовых дислокаций, наблюдаемых на волновом фронте.

Во второй главе приведены также результаты предварительных экспериментов, в ходе которых было установлено, что наилучшие условия для наблюдения влияния изменения турбулентности на флуктуации излучения существуют на горизонтальной трассе.

Содержание работы Третья глава В третьей главе описана постановка экспериментов на приземной атмосферной трассе, целью которых является обнаружение и анализ апертурных эффектов стохастизации излучения. Для используемых в экспериментах трассах характерными были два режима стохастизации лазерных пучков. При первом режиме статистические параметры излучения характеризовались высокой степенью устойчивости и мало изменялись как в течение одного сеанса измерений, так и при переходе от одного сеанса к другому. Второй режим, обычно наблюдаемый в условиях значительных вертикальных градиентов температуры, характеризовался спорадическими изменениями параметров, обусловленными перемежаемостью мелкомасштабной турбулентностью (ММТ).

Характерные для первого режима изображения пучков с разными выходными диаметрами D приведены на рис. 2. Регистрация представленных а б в Рис. 2. Изображения прошедших атмосферную трассу лазерных пучков разных диаметров D : 1 – 3 см ;

2 – 3,5 см ;

3 – 7 см ;

4 – 10 см.,, – последовательные видеокадры.

Апертурные эффекты стохастизации лазерного излучения в приземной атмосфере структурной характеристики флуктуации показателя преломления 15 2 С = 0,6 см. Из рис. 2 хорошо видно, что с увеличением размера n выходного пучка структура излучения оказывается более сложной. Усложнение распределения интенсивности прежде всего связано с увеличением числа различных по форме и интенсивности фрагментов поперечной структуры.

Оценка флуктуаций интенсивности в пучках показала, что при росте диаметра изменение радиусов корреляции интенсивности для пучков различных диаметров с учётом ошибок измерений невелико. Так, для серии измерений, соответствующих рис. 2, при диаметре пучка D = 7 см радиус корреляции в горизонтальной плоскости составлял rc = 3,1 ± 0,7 см, а для пучка 10 см – rc = 4,0 ± 0,4 см.

Возмущения в структуре пучков, возникающие при увеличении их апертуры, отчетливо просматриваются в форме распределения плотности вероятностей изменения интенсивности. Если при малом диаметре распределение флуктуаций интенсивности близко к нормальному, то при больших диаметрах оно лучше описывается логарифмически-нормальным законом.

Анализ фазовых характеристик при помощи сдвигового интерферометра показал, что происходящая с ростом апертуры пучка стохастизация излучения сопровождается появлением дислокаций волнового фронта. Так, у пучка с диаметром 10 см по точкам разветвления интерференционных полос в интерферометре сдвига фиксировалось от 3-х до 6-ти дислокаций.

Путем обработки распределений интенсивности в лазерных пучках с разными диаметрами были определены среднеквадратичных отклонений центров тяжести (ЦТ) пучков c. Результаты, характеризующие эти отклонения в горизонтальном и вертикальном направлениях, представлены на рис. 3. Хотя отличия в поведении этих отклонений в разных плоскостях небольшие, тем не менее, для колебаний ЦТ пучка в горизонтальном направлении более отчетливо Рис. 3. Зависимость среднеквадратичных отклонений центров тяжести c от их выходных диаметров D. 1 – отклонения в горизонтальной плоскости, 2 – в вертикальной плоскости.

Содержание работы просматривается тенденция к снижению значений c с увеличением апертуры пучка. Для вертикального направления эта тенденция проявляется менее отчетливо.

Для характеристики случайных смещений ЦТ пучков на основе данных эксперимента рассчитывалась также величина корреляции R распределения интенсивности в изображениях пучков между первым и последующими кадрами случайных выборок видеозаписи. Поведение этой величины для одной из реализаций видеозаписи отражено на рис. 4. Кривая Рис. 4. Корреляция R изображений пучков между различными кадрами ( n – номер кадра). 1 – D = 3 см, 2 – D = 10 см.

соответствует пучку с выходным диаметром D = 3 см, кривая 2 – D = 10 см. При малой апертуре пучка значения корреляции испытывают значительные переколебания. В пучках с большой апертурой они более стабильны. Объяснение такого поведения корреляции состоит в том, что при малых апертурах пучка смещения его ЦТ сопоставимы с поперечными размерами пучка, а при больших – существенно уступают размерам пучка.

Измерения характеристик излучения во втором режиме стохастизации излучения показали, что перемежаемость ММТ приводит к спорадическим изменениям статистических параметров лазерных пучков. Так, при числах Френеля пучков близких к единице (узкий коллимированный пучок) распределение интенсивности излучения на входной апертуре спорадически менялось, скачкообразно переходя от квазирегулярного к стохастическому (спеклоподобному) и наоборот. Время пребывания пучка в квазирегулярном и стохастическом состояниях могло изменяться от нескольких секунд до нескольких десятков секунд. При переходе от узких коллимированных к коллимированным пучкам с увеличенным поперечным размером удлиняется временной интервал пребывания пучка в стохастическом состоянии. Одновременно пространственная структура излучения в стохастическом состоянии становится все более сложной.

Апертурные эффекты стохастизации лазерного излучения в приземной атмосфере Для более детального изучения особенностей стохастизации пучков с разными диаметрами при перемежаемости ММТ использовалась оптическая схема, при которой на небольшом расстоянии от исследуемого пучка распространялся узкий коллимированный пучок. Стохастизация последнего служила критерием развития в атмосфере мелкомасштабной турбулентности.

Рис. 5. Распределение интенсивности в лазерных пучках при слабой ( a ) и сильной ( ) ММТ: слева – пучок с большим диаметром, справа – узкий пучок.

На рис. 5, а, б показаны в качестве примера два последовательных видеокадра изображений узкого и широкого пучков (диаметр последнего составлял 2,4 см ) в условиях, когда имела место перемежаемость ММТ. Первый кадр (рис. 5, а) характеризует распределение интенсивности в отсутствие развитой ММТ (слабое развитие ММТ подтверждает незначительная деформация распределения интенсивности в узком пучке). Второй кадр (рис. 5, б) соответствует возникновению интенсивной мелкомасштабной турбулентности. В этом случае спеклоподобный характер приобретают изображения как широкого, так и узкого пучков.

На рис. 6 показаны флуктуации смещений в горизонтальном направлении центров тяжести пучков, изображенных на рис. 5. По оси ординат отложены в относительных единицах расстояние X центра тяжести пучка от края приемной апертуры, а по оси абсцисс – количество кадров, временной интервал между которыми составляет 0,04 с. Метка t 0 соответствует моменту возникновения ММТ (моменту стохастизации узкого пучка). Из рисунка видно, что развитие ММТ не оказывает существенного влияния ни на величину, ни на временную структуру смещений ЦТ. При этом флуктуации пучков с разными диаметрами имеют схожий характер.

Этот факт нашел подтверждение в многочисленных экспериментах с пучками разных диаметров, выполненных в условиях перемежаемости ММТ для различных метеоусловий.

Содержание работы Рис. 6. Поведение центра тяжести узкого (1) и широкого (2) пучков в горизонтальной плоскости.

Было рассмотрено также влияние перемежаемости турбулентности на флуктуации интенсивности в ЦТ пучков и в фиксированной точке приемной апертуры. Измерение показали, что перемежаемость приводит к увеличению дисперсии флуктуации интенсивности, причем скачок уровня дисперсии для пучков с малым диаметром был более заметен. Это связано с тем, что пучок малого диаметра при развитии ММТ переходит из квазирегулярного состояния в стохастическое, пучок же большего диаметра стохастизован вне зависимости от развития ММТ.

В ходе работы анализировалось также влияние на флуктуационную структуру излучения изменения состояния турбулентности в условиях периодически возникающего снегопада. Измерения показали, что наличие осадков вызывает заметное снижение среднеквадратичных отклонений центров тяжести пучков, при этом в отсутствие снегопада происходит смещение энергии колебаний в высокочастотную область.

Четвертая глава В четвертой главе дана интерпретация наблюдаемых эффектов. Особое внимание уделено описанию процессов случайных смещений ЦТ световых пучков.

Для этого использовались известные соотношения для дисперсии флуктуаций положения центра тяжести, полученные в рамках модели однородной и изотропной турбулентности:

Апертурные эффекты стохастизации лазерного излучения в приземной атмосфере 1/ 3 с = 2,19Cn l L, (1) 0,132 2 (1 / 6) 2 3 1/ с = Cn L a. (2) 3 25 / Здесь l 0 – внутренний масштаб турбулентности, L – длина трассы, a – радиус пучка. Выражение (1), полученное в приближении геометрической оптики, позволяет оценивать величину смещений пучков, когда развитая ММТ отсутствует и профиль интенсивности пучка претерпевает лишь слабые искажения.

Выражение (2) характеризует поведение пучков в дифракционном приближении, когда существенно влияние неоднородностей, по размерам уступающих размерам пучка.

Выполненные оценки показали, что формула (2) удовлетворительным образом описывает экспериментальные данные, соответствующие стационарному состоянию турбулентности на приземной трассе. Эта формула, так же как и приведенные измерения, указывает на весьма слабую зависимость с от размера пучка ( с ~ a 1 3 ).

В случае перемежающейся турбулентности для оценки с использовалось наряду с выражением (2) выражение (1). Считалось, что в отсутствии ММТ значение l 0 составляет величину порядка 1 см, а в присутствии ММТ – 0,1 см.

Выражении (1) описывало поведение узкого пучка, когда в отсутствие ММТ его искажения были невелики, выражение (2) характеризовало величину с узкого пучка при развитии ММТ. Это же выражение использовалось для приближенной оценки с и широкого пучка (для различных состояний турбулентности).

Расчеты показали, что теоретические оценки величины с оказываются весьма близкими к экспериментальным значениям, если предположить, что определяющее влияние на величину смещений пучка оказывает изменение l (величину Cn можно считать постоянной).

Таким образом, теоретическая модель, построенная для описания распространения пучков в среде с однородной изотропной турбулентностью, дает возможность получения оценок, которые могут рассматриваться в качестве основы для интерпретации влияния изменений в состоянии турбулентности на характеристики излучения на приземных трассах.

В четвертой главе приведены также результаты численного эксперимента, поставленного с целью дополнительной интерпретации экспериментальных данных и более наглядного объяснения поведения пучка в среде с перемежающейся ММТ. В его основу была положена модель прохождения лазерного пучка через движущийся фазовый экран с изменяющимися статистическими характеристиками. Результаты моделирования подтвердили слабое влияние ММТ на флуктуации ЦТ лазерного пучка.

Выводы Выводы 1. Примененные оптические схемы экспериментального стенда с приземными атмосферными трассами позволили провести исследования с лазерными пучками с изменяющейся апертурой, в том числе с пучками, распространяющимися по близким траекториям. В условиях, характерных для городской застройки, на горизонтальной трассе локационного типа длиной 280 м осуществлены измерения статистических параметров излучения на длине волны 0,63 мкм при стационарной турбулентности атмосферы, а также при турбулентности, характеристики которой меняются под влиянием развивающихся неустойчивостей и в результате осадков.

2. Экспериментально показано, что при стационарной турбулентности с увеличением апертуры коллимированных пучков имеет место постепенное усложнение пространственной структуры излучения. Так, в режиме турбулентности средней интенсивности при увеличении выходного диаметра пучка от 3-х до 10-ти сантиметров профиль пучка, близкий к гауссовому, приобретает спеклоподобный вид. При этом среднеквадратичные отклонения центов тяжести пучков слабо уменьшаются.

3. Установлено, что при развитии в атмосфере неустойчивостей, проявляющихся в форме перемежаемости мелкомасштабной турбулентности, наблюдается спорадическая стохастизация излучения.

Время пребывания пучка в стохастическом состоянии в сильной степени зависит от апертуры пучков и резко увеличивается, если число Френеля трассы превосходит единицу. При переходе пучка в стохастическое состояние резко возрастают, увеличиваясь в несколько раз, флуктуации интенсивности, в то же время влияние перемежаемости турбулентности на флуктуации центра тяжести пучка проявляются гораздо слабее.

4. Обнаружено, что наличие на трассе даже слабых осадков значительно уменьшает случайное блуждание пучка в плоскости приемной апертуры. При этом в спектре смещений пучка, как показал вейвлет-анализ, усиливаются низкочастотные колебания.

5. С использованием основных положений теории распространения излучения в однородной и изотропной турбулентной среде, а также при помощи численного моделирования изучаемых процессов дана интерпретация поведения лазерных пучков в приземной атмосфере с перемежающейся мелкомасштабной турбулентностью. В предположении, что определяющую роль при спорадической стохастизации пучка играет изменение внутреннего масштаба турбулентности, для пучков с различной апертурой получены оценки случайных смещений центров тяжести пучков, близкие к данным эксперимента.

6. Рассмотренные в работе апертурные эффекты и особенности флуктуационной структуры лазерных пучков следует учитывать при оптимизации характеристик разнообразных метрологических устройств, систем дистанционного зондирования и оптических линий связи.

Апертурные эффекты стохастизации лазерного излучения в приземной атмосфере Публикации по теме диссертации 1. Арсеньян Т.И., Короленко П.В., Карасев М.В., Маганова М.С., Макаров В.Г., Федотов Н.Н. Оптимизация оптических систем приземных локационных лазерных устройств в условиях перемежаемости турбулентности. – Программа и аннотации докладов VI международной конференции “Лазерные технологии '98”, с. 115, ILLA ’98, Шатура, июнь 1998.

2. Арсеньян Т.И., Короленко П.В., Карасев М.В., Маганова М.С., Макаров В.Г., Федотов Н.Н. Метаморфозы структуры узкоколлимированных лазерных пучков на приземных трассах в условиях перемежаемости турбулентности.

– Тезисы международной конференции “Прикладная оптика ’98”, с. 27, г. Санкт-Петербург, июнь 1998.

3. Maganova M.S. Statistical characteristics of light helical fields in turbulent media.

- NASA, Proceedings of Nineteenth International Laser Radar Conference, v. 2, p. 745, 19th ILRC, MD, Annapolis, July 1998.

4. Arsenyan T.I., Karasev M.V., Korolenko P.V., Maganova M.S., Makarov V.G., Fedotov N.N. Optimization of optical system of lidar devices near ground under conditions of turbulence intermittence. // Proc. SPIE, 1998, v. 3688, p. 513-521.

5. Арсеньян Т.И., Зотов А.М., Короленко П.В., Ломоносов В.Г., В.Г. Макаров, М.С. Маганова Влияние неустойчивостей мелкомасштабной турбулентности на флуктуационные характеристики электромагнитных волн в приземных каналах распространения. – Тезисы XIX всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн», с. 188-189, г. Казань, 22- июнь 1999.

6. Арсеньян Т.И., Зотов А.М., Короленко П.В., Маганова М.С., Макаров В.Г.

Влияние перемежаемости внутреннего масштаба турбулентности на работу лазерных информационных систем. // Известия РАН, 1999, т. 63, № 10, с. 2019-2023.

7. Арсеньян Т.И., Зотов А.М., Короленко П.В., Маганова М.С., Макаров В.Г.

Влияние перемежаемости мелкомасштабной атмосферной турбулентности на характеристики узких коллимированных лазерных пучков. // Вестник МГУ.

Физика, астрономия, 2000, №2, с. 32-34.

Arsenyan T.I., Zotov A.M., Korolenko P.V., Maganova M.S., and V.G. Makarov Effect of low-scale atmospheric turbulence alternation on the characteristics of narrow collimated laser beams. // Moscow University Physics Bulletin, Optics and Spectroscopy, 2000, v 55, №2, p. 41-45.

Публикации по теме диссертации 8. Arsenyan T.I., Zotov A.M., Korolenko P.V., Maganova M.S., Mesniankin A.V.

Structural intermittence of the fine-scale optical inhomogeneities in the atmospheric near-the-ground layer from laser sounding data. – IPSL, International Laser Radar Conference abstracts, p. 34, 20th ILRC, Vichy, 10- July 2000.

9. Arsenyan T.I., Korolenko P.V., Maganova M.S., Zotov A.M. The peculiarities of propagation of narrow collimated wave beams in the near-the-ground atmosphere. – IPSL, 20 International Laser Radar Conference abstracts, p.48, 20th ILRC, Vichy, 10-14 July 2000.

10. Маганова М.С., Арсеньян Т.И., Зотов А.М, Короленко П.В. Флуктуации узкого коллимированного лазерного пучка в приземной атмосфере. – Сборник трудов Международного оптического конгресса, Научная молодежная школа «Оптика-2000», Когерентные процессы в оптике, с. 103 104, г. Санкт-Петербург, 17-19 октября 2000.

11. Меснянкин А.В., Арсеньян Т.И., Зотов А.М., Короленко П.В., Маганова М.С.

Апертурные эффекты на приземных оптических трассах локационного типа.

– Сборник трудов Международного оптического конгресса, Научная молодежная школа «Оптика-2000», Когерентные процессы в оптике, с. 105 106, г. Санкт-Петербург, 17-19 октября 2000.

12. Арсеньян Т.И., Болдырев А.Г., Зотов А.М., Короленко П.В., Маганова М.С., Макаров В.Г., Меснянкин А.В. Статистическая структура флуктуаций лазерного излучения на приземных оптических трассах. – Препринт физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, №16/2000, Москва, 2000, 20 с.

Arsenyan T.I., Boldyrev A.G., Zotov A.M., Korolenko P.V., Maganova M.S., Makarov V.G., Mesniankine A.V. Integral distributions of the laser beam intensity and aperture effects under the conditions of turbulence intermittence in the near the-ground air. – Pre-print, M.V. Lomonosov Moscow State University, Department of Physics, № 16/2000, 20 p.

13. Арсеньян Т.И., Зотов А.М., Короленко П.В., Маганова М.С., Меснянкин А.В.

Апертурные эффекты в лазерных пучках на трассах с перемежающейся турбулентностью. // Вестник МГУ, серия 3, Физика, астрономия, 2001, №3, с. 46-49.

Arsenyan T.I., Zotov A.M., Korolenko P.V., Maganova M.S., and Mesniankin A.V Aperture effects in laser beams propagating through atmospheric channels with intermittent turbulence. // Moscow University Physics Bulletin, Optics and Spectroscopy, 2001, v 56, №3, p. 58-63.

Апертурные эффекты стохастизации лазерного излучения в приземной атмосфере 14. Arsenyan T.I., Korolenko P.V., Maganova M.S., Mesniankin A.V., Zotov A.M.

Laser beams characteristics under the conditions of the intermittence of small scale atmospheric turbulence. – Transactions of VIII Join International Symposium «Atmospheric and ocean optics. Atmospheric physics», p. 115, Irkutsk, 25-29 June 2001.

15. Арсеньян Т.И., Зотов А.М., Короленко П.В., Маганова М.С., Макаров В.Г.

Интегральные распределения флуктуаций лазерного излучения в условиях перемежаемости атмосферной турбулентности. // Оптика атмосферы и океана, 2001, т. 14, №8, с. 677-680.

Arsenyan T.I., Zotov A.M., Korolenko P.V., Maganova M.S. and Makarov V.G.

Integral distributions of laser radiation fluctuations under conditions of intermittent atmospheric turbulence. // Atmospheric and Oceanic Optics, 2001, v. 14, № 8, p. 621-623.

16. Маганова М.С., Арсеньян Т.И. Лазерные пучки на параллельных приземных трассах в условиях перемежаемости мелкомасштабной турбулентности. – Сборник трудов 2-ой Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2001», Физика лазеров и лазерные технологии, с. 183, г. Санкт-Петербург, октябрь 2001.

17. Арсеньян Т.И., Зотов А.М., Короленко П.В., Маганова М.С., Меснянкин А.В.

Характеристики лазерных пучков в условиях перемежаемости мелкомасштабной атмосферной турбулентности. // Оптика атмосферы и океана, 2001, т. 14, № 10, с.894-899.

Arsenyan T.I., Zotov A.M., Korolenko P.V., Maganova M.S. and Mesnyankin A.V.

Characteristics of laser beams under conditions of intermittent small-scale atmospheric turbulence. // Atmospheric and Oceanic Optics, 2001, v. 14, № 10, p. 818-822.

18. Маганова М.С., Меснянкин А.В., Наймушина Д.А. Флуктуации „центра тяжести” лазерного пучка на приземной атмосферной трассе в условиях большого города. – Труды VIII всероссийской школы-семинара «Волновые явления в неоднородных средах», ч. 2, с. 59, Волны-2002, МО, г. Красновидово, май 2002.

19. Короленко П.В., Маганова М.С., Меснянкин А.В., Наймушина Д.А., Поздеева Е.В., Саенко О.В. Фрактальный анализ случайных световых полей. – Сборник трудов III Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2003», с. 247-248, г. Санкт-Петербург, 20- октября 2003.

Публикации по теме диссертации 20. Короленко П.В., Маганова М.С., Меснянкин А.В., Таначев И.А. Особенности флуктуационной структуры лазерных пучков на приземной трассе с перемежающейся турбулентностью. – Сборник тезисов десятой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-10», ч. 2, с. 682-683, Москва, 1-7 апреля 2004.

21. Маганова М.С., Таначев И.А. Эффекты „дрожания” лазерных пучков на приземных атмосферных трассах. – Сборник тезисов международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2004», секция «Физика», с. 185-186, Москва, 13 апреля 2004.

22. Ломоносов В.Г., Маганова М.С., Меснянкин А.В., Таначев И.А.

Сравнительный анализ флуктуаций лазерного излучения на приземных городских трассах при различных состояниях турбулентности. – Сборник тезисов IX всероссийской школы-семинара «Волновые явления в неоднородных средах», Волны-2004, МО, п-т Университетский, 24-29 май 2004.

23. Короленко П.В., Маганова М.С., Меснянкин А.В. Новационные методы анализа стохастических процессов и структур в оптике. Фрактальные и мультифрактальные методы, вейвлет-преобразования. Учебное пособие. – М.: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Научно исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына, 2004, 82 с.

24. Арсеньян Т.И., Короленко П.В., Ломоносов В.Г., Маганова М.С., Таначев И.А. Сравнительный анализ флуктуаций лазерного излучения на приземных городских трассах при различных состояниях турбулентности. // Известия РАН, серия физическая, 2005, т. 69, №2, с. 287-290.

25. Арсеньян Т.И., Короленко П.В., Маганова М.С., Ломоносов В.Г., Таначев И.А. Флуктуации лазерных пучков на приземной трассе. // Квантовая электроника, 2005, т. 35, № 2, с. 119-122.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.