Том 31, номер 05, статья № 3

Аннотация:

На основе численного эксперимента исследуются законы распределения флуктуаций интенсивности лазерных пучков, распространяющихся в атмосфере. Выполнено сравнение функций плотности вероятностей интенсивности фундаментального гауссова пучка и пучка, обладающего орбитальным угловым моментом (вихревого пучка), в зависимости от положения точек наблюдения в поперечной плоскости. Предложена аналитическая модель плотности распределения вероятностей флуктуаций интенсивности, описывающая эту функцию для режимов сильных (когда дисперсия флуктуаций интенсивности принимает наибольшие значения) и насыщенных флуктуаций интенсивности.

Ключевые слова:

вихревой пучок, турбулентная атмосфера, флуктуации интенсивности, функция распределения вероятностей

Список литературы:

1. Flatté S.M., Bracher C., Wang G. Probability density functions of irradiance for waves in atmospheric turbulence calculated by numerical simulation // J. Opt. Soc. Am. A. 1994. V. 11. P. 2080–2092.
2. Hill R.J., Frehlich R.G. Probability distribution of irradiance for the onset of strong scintillation // J. Opt. Soc. Am. A. 1997. V. 14. P. 1530–1540.
3. Churnside J.H., Frehlich R.G. Experimental evaluation of log-normally modulated Rician and IK models of optical scintillation in the atmosphere // J. Opt. Soc. Am. A. 1989. V. 6. P. 1760–1766.
4. Andrews L.C., Phillips R.L. Laser beam propagation through random media // SPIE Press. 2005. Р. 42–45.
5. Churnside J.H., Hill R.J. Probability density of irradiance scintillations for strong path-integrated refractive turbulence // J. Opt. Soc. Am. A. 1987. V. 4. P. 727–733.
6. Lyke S.D., Voelz D.G., Roggemann M.C. Probability density of aperture-averaged irradiance fluctuations for long range free space optical communication links // Appl. Opt. 2009. V. 48. P. 6511–6527.
7. Mclaren J.R.W., Thomas J.C., Mackintosh J.L., Mudge K.A., Grant K.J., Clare B.A., Cowley W.G. Comparison of probability density functions for analyzing irradiance statistics due to atmospheric turbulence // Appl. Opt. 2012. V. 51. P. 5996–6002.
8. Barrios R., Dios F. Exponentiated Weibull distribution family under aperture averaging for Gaussian beam waves // Opt. Express. 2012. V. 20. P. 13055–13064.
9. Vetelino F.S., Young C., Andrews L. Fade statistics and aperture averaging for Gaussian beam waves in moderate-to-strong turbulence // Appl. Opt. 2007. V. 46. P. 3780–3790.
10. Lachinova S.L., Vorontsov M.A. Giant irradiance spikes in laser beam propagation in volume turbulence: Analysis and impact // J. Opt. 2016. V. 18. P. 025608.
11. Andrews D.L. Structured light and its applications: An introduction to phase-structured beams and nanoscale optical forces. Amsterdam: Academic press, 2008. 341 p.
12. Yao A.M., Padgett M.J. Orbital angular momentum: origins, behavior and applications // Adv. Opt. Photonics. 2011. V. 3. P. 161–204.
13. Аксенов В.П., Дудоров В.В., Колосов В.В. Особенности вихревых пучков, сформированных матрицей волоконных лазеров, и их распространение в турбулентной атмосфере // Квант. электрон. 2016. Т. 46, № 8. С. 726–732.
14. Aksenov V.P., Kolosov V.V. Scintillations of optical vortex in randomly inhomogeneous medium // Photonics. Res. 2015. V. 3, N 2. P. 44–47.
15. Aksenov V.P., Dudorov V.V., Kolosov V.V. Statistical characteristics of common and synthesized vortex beams in a turbulent atmosphere // Proc. SPIE. 2016. V. 10035. Р. 100352Р.
16. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. 832 с.
17. Gudimetla V.S.R., Holmes J.F. Probability density function of the intensity for a laser-generated speckle field after propagation through the turbulent atmosphere // J. Opt. Soc. Am. 1982. V. 72. P. 1213–1218.
18. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 2. Случайные поля. М.: Наука, 1978. 463 с.
19. Fleck J.A., Morris J.R., Feit M.D. Time-dependent propagation of high-energy laser beams through the atmosphere // Appl. Phys. 1976. V. 10. P. 129–160.
20. Konyaev P.A., Lukin V.P. Thermal distortions of focused laser beams in the atmosphere // Appl. Opt. 1985. V. 24. P. 415–421.
21. Martin J.M., Flatté S.M. Intensity images and statistics from numerical simulation of wave propagation in 3-D random media // Appl. Opt. 1988. V. 27. P. 2111–2126.
22. Van der Vaart A.W. Asymptotic statistics. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1998. 265 p.
23. Al-Habash M.A., Andrews L.C., Phillips R.L. Mathematical model for the irradiance probability density function of a laser beam propagating through turbulent media // Opt. Eng. 2001. V. 40. P. 1554–1562.
24. Гочелашвили К.С., Шишов В.И. Волны в случайно неоднородных средах // Итоги науки и техники. Радио-физика. Физические основы электроники. Акустика. М.: ВИНИТИ, 1981. Т. 1. 144 с.
25. Гурвич А.С., Кон А.И., Миронов В.Л., Хмелевцов С.С. Лазерное излучение в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1976. 227 с.
26. Зуев В.Е., Банах В.А., Покасов В.В. Оптика турбулентной атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 270 с.