Том 26, номер 12, статья № 4

Аннотация:

Показано, что крупномасштабные неоднородности атмосферы, наблюдаемые в экспериментах, могут оказывать существенное влияние на распространение оптического излучения на протяженных трассах. Продемонстрировано, что учет этого влияния в рамках классической модели турбулентности невозможен. Представлен алгоритм численного моделирования распространения лазерных пучков на протяженных слабонаклонных атмосферных трассах с крупномасштабными неоднородностями среды, в рамках которого наряду с искажениями пучка на мелкомасштабных неоднородностях и его регулярной рефракции в вертикальной плоскости, возможно учесть рефракцию и фокусировку пучка на крупномасштабных неоднородностях.

Ключевые слова:

неоднородная атмосфера, неколмогоровская турбулентность, распространение лазерного излучения

Список литературы:

1. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Часть 2. Случайные поля. М.: Наука, 1978. 463 с.
2. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. М.: Сов. радио, 1970. 496 с.
3. Ishimaru А. Wave Propagation and Scattering in Random Media. N.Y.: Academic Press, 1978. 572 p.
4. Fried D.L., Vaughn J.L. Branch cuts in the phase function // Appl. Opt. 1992. V. 31, N 15. P. 2865–2882.
5. Kolmogorov А.N. The local structure of turbulence in incompressible viscous fluid for very large Reynolds numbers // Dokl. Akad. Nauk SSSR. 1941. V. 30, N 4. P. 299–303. [English translation in Turbulence: Classic Papers on Statistical Theory (ed. S.K. Friedlander and L. Topper). P. 151–155. N.Y.: Interscience, 1961].
6. Obukhov А.M. On the distribution of energy in the spectrum of turbulent flow // Dokl. Akad. Nauk SSSR. 1941. V. 32, N 1. P. 22–24.
7. Tatarskii V.I. Wave Propagation in a Turbulent Medium. N.Y.: McGraw-Hill, 1961. 285 p.
8. Tatarskii V.I. The Effects of the Turbulence Atmosphere on Wave Propagation. Israel, Jerusalem: Keter Press, 1971.
9. Gracheva M.E., Gurvich A.S. Strong fluctuations in the intensity of light propagated through the atmosphere close to the Earth // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Radiofiz. 1965. V. 8, N 4. P. 711–724. [Radiophys. Quantum Electron. 1965. V. 8, N 4. P. 511–515].
10. Coles W.A., Frehlich R.G. Simultaneous measurements of angular scattering and intensity scintillation in the atmosphere // J. Opt. Soc. Amer. 1982. V. 72, N 8. P. 1042–1048.
11. Phillips R.L., Andrews L.C. Measured statistics of laser-light scattering in atmospheric turbulence // J. Opt. Soc. Amer. 1981. V. 71, N 12. P. 1440–1445.
12. Consortini А., Cochetti F., Churnside J.H., Hill R.J. Inner-scale effect on irradiance variance measured for weak-to-strong atmospheric scintillation // J. Opt. Soc. Amer. A. 1993. V. 10, N 11. P. 2354–2362.
13. Bernard W.A., Welsh B.M., Roggemann M.C., Feldmann R.J. Atmospheric turbulence characterization of a low-altitude long horizontal path // Image Propagation through the Atmos.: Proc. SPIE. 1996. V. 2828. P. 198–209.
14. Perlot N., Giggenbach D., Henniger H., Horwath J., Knapek M., Zettl K. Measurements of the beam wave fluctuations over a 142 km atmospheric path // Free-Space Laser Communications VI: Proc. SPIE. 2006. V. 6304, 63041O.
15. Hughes W.M., Holmes R.B. Pupil-plane imager for scintillometry over long horizontal paths // Appl. Opt. 2007. V. 46, N 29. P. 7099–7109.
16. Belen'kii M.S., Cuellar E., Hughes K.A., Rye V.A. Preliminary experimental evidence of anisotropy of turbulence at Maui Space Surveillance Site // Proc. 2006 AMOS Conf. / S. Ryan, Ed. 2006. P. 538–547.
17. Ochs G.R., Bergman R.R., Snyder J.R. Laser Beam scintillation over horizontal paths from 5.5 to 145 kilometers  //  J. Opt. Soc. Amer. 1969.  V. 59.  P. 231–234.
18. Vorontsov M.A., Carhart G.W., Rao Gudimetla V.S., Weyrauch T., Stevenson E., Lachinova S.L., Beresnev L.A., Liu J., Rehder K., Riker J.F. Characterization of atmospheric turbulence effects over 149 km propagation path using multi-wavelength laser beacons // Proc. Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference. Maui, Hawaii, September 14–17, 2010 / Ed. S. Ryan. The Maui Economic Development Board. P. E18.
19. Vorontsov M., Riker J., Carhart G., Gudimetla V.S., Beresnev L., Weyrauch T., Roberts L. Deep turbulence effects compensation experiments with a cascaded adaptive optics system using a 3.63 m telescope // Appl. Opt. 2009. V. 48, N 1. P. 47–57.
20. Gurvich A.S., Gorbunov M.E., Fedorova O.V., Kirchengast G., Proschek V., González Abad G., Tereszchuk K.A. Spatiotemporal structure of a laser beam over 144 km in a Canary Islands experiment // Apl. Opt. 2012. V. 51, N 30. P. 7374–7383.
21. Lane R.G., Glindemann A., Dainty J.C. Simulation of a Kolmogorov phase screen // Waves in Random Media. 1992. V. 2, N 3. P. 209–224.
22. Банах В.А., Смалихо И.Н., Фалиц А.В. Эффективность метода субгармоник в задачах компьютерного моделирования распространения лазерных пучков в турбулентной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 10. С. 848–851.
23. Воронцов А.М., Парамонов П.В. Генерация бесконечных фазовых экранов для моделирования распространения оптического излучения через турбулентность // Изв. вузов. Cер. Радиофиз. 2006. Т. 49, № 1. С. 21–34.
24. Колосов М.А., Шабельников А.В. Рефракция электромагнитных волн в атмосферах Земли, Венеры и Марса. М.: Сов. радио, 1976. 220 с.
25. Виноградов В.В. Влияние атмосферы на геодезические измерения. М.: Недра, 1992. 253 с.
26. URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_tech/2697
27. Маричев В.Н., Бочковский Д.А. Лидарные измерения плотности воздуха в средней атмосфере. Часть 1. Моделирование потенциальных возможностей в видимой области спектра // Оптика атмосф. и океана 2013. Т. 26, № 7. С. 553–563.
28. Маричев В.Н., Бочковский Д.А. Лидарные измерения плотности воздуха в средней атмосфере. Часть 2. Моделирование потенциальных возможностей зондирования в УФ-области спектра // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 8. С. 701–704.
29. Taylor G.I. The spectrum of turbulence // Proc. Roy Soc. Lond. 1938. V. 164. Р. 476–490.
30. Гурвич А.С., Грачева М.Е. Простая модель для расчета турбулентных помех в оптических системах // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1980. Т. 16, № 10. С. 1107–1111.
31. Гурвич А.С., Воробьев В.В., Федорова О.В. Спектры сильных мерцаний за атмосферой с крупно- и мелкомасштабными неоднородностями // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 3. С. 205–215.
32. Носов В.В., Ковалдо П.Г., Лукин В.П., Торгаев А.В. Атмосферная когерентная турбулентность // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 9. С. 753–759.