Том 34, номер 11, статья № 11

Аннотация:

Рассмотрены различные способы измерения случайных наклонов волнового фронта. Определены возможности измерений параметра Фрида с использованием дифференциального метода для задач зондирования турбулентности и адаптивной оптики. Выполнены сравнительные измерения уровня турбулентности на горизонтальной трассе двумя оптическими методами: с помощью дифференциального измерителя турбулентности и пассивным методом, основанным на измерении дрожания изображения с использованием высокоскоростной цифровой видеокамеры, которая установлена на малом астрономическом телескопе, и алгоритмов обработки в реальном времени. Обсуждаются возможные различия результатов измерений. На осно­ве численного решения системы уравнений Навье–Стокса получены картины эволюции конвективного движения среды внутри объема в параметрах векторного поля скорости и скалярных полей температуры и давления. Предложены пути развития датчика волнового фронта, способного обеспечить высокоточные фазовые измерения как в колмогоровской, так и в неколмогоровской турбулентности.

Ключевые слова:

атмосфера, колмогоровская турбулентность, когерентная турбулентность, параметр Фрида, наклон фазового фронта, уравнения Навье-Стокса

Список литературы:

1. Татарский В.И. Адаптивные системы и когерентность // Изв. вузов. Радиофиз. 1981. Т. 24, № 7. С. 861–883.
2. Гурвич А.С., Кон А.И., Миронов В.Л., Хмелевцов С.С. Лазерное излучение в турбулентной атмосфере. М: Наука. 1976. 277 с.
3. Гурвич А.С., Калистратова М.А. Экспериментальные исследования флуктуаций углов прихода света в условиях сильных флуктуаций интенсивности // Изв. вузов. Радиофиз. 1968. Т. 11, № 1. С. 66–77.
4. Миронов В.Л., Носов В.В. Случайные смещения изображения в фокусе телескопа при локации в турбулентной атмосфере // Изв. вузов. Радиофиз. 1977. Т. 20, № 10. С. 1530–1533.
5. Фрид Д. Гетеродинный прием оптического сигнала при атмосферных искажениях волнового фронта // ТИИЭР. 1967. № 1. С. 62–72.
6. Гельфер Э.И., Кон А.И., Черемухин А.Н. Измерение корреляции «блуждания» световых центров тяжести пространственно ограниченных пучков в турбулентной атмосфере // Изв. вузов. Радиофиз. 1973. Т. 16, № 2. С. 723–731.
7. Кон А.И. Миронов В.Л., Носов В.В. Флуктуации центров тяжести световых пучков в турбулентной атмосфере // Изв. вузов. Радиофиз. 1974. Т. 17, № 10. С. 1501–1511.
8. Лукин В.П. Атмосферная адаптивная оптика // Наука: Новосибирск, 1986. 248 с.
9. Noll R.J. Zernike polynomials and atmospheric turbulence // J. Opt. Soc. Am. 1976. V. 66, N 3. P. 207–211.
10. Лукин В.П., Емалеев О.Н. Коррекция угловых смещений оптических пучков // Квант. электрон. 1982. Т. 9, № 11. C. 2264–2271.
11. Слободян С.М., Галахов В.Н., Сазанович В.М. Устройство для измерения угловых флуктуаций оптического пучка // ПТЭ. 1980. Т. 27, № 9. C. 192–194.
12. Кравцов Ю.А., Саичев А.И. Эффекты двукратного прохождения волн в случайно-неоднородных средах // Успехи физ. наук. 1982. Т. 137, вып. 3. С. 501–521.
13. LeMaster D.A., Hardie R.C., Gladysz S., Howard M.D., Rucci M.A., Trippel M.E., Power J.D., Karch B.K. Differential tilt variance effects of turbulence in imagery: Comparing simulation with theory // Proc. SPIE. 2016. V. 9846. DOI: 10.1117/12.2223470.
14. Gladysz S., Segel M., Eisele C., Barros R., Sucher E. Estimation of turbulence strength, anisotropy, outer scale and spectral slope from an LED array // Proc. SPIE. 2015. V. 9614. 961402 (4 September 2015). DOI: 10.1117/12.2191287.
15. Power J.D., LeMaster D.A., Droege D.R., Gladysz S., Bose-Pillai S. Simulation of anisoplanatic imaging through optical turbulence using numerical wave propagation with new validation analysis // Opt. Eng. 2017. V. 56, N 7. P. 071502.
16. Gladysz S. Absolute and differential G-tilt in turbulence: Theory and applications // Proc. SPIE. 2016. V. 10002. P. 100020F.
17. Gladysz S., Filimonov G., Kolosov V. Validation of tilt anisoplanatism models through simulation // Imag. Appl. Opt. 2018. OSA. PW3H.2.pdf. DOI: 10.1364/PCAOP.2018.PW3H.2.
18. Tokovinin A. From differential image motion to seeing // PASP. 2002. V. 114. P. 1156–1166.
19. Sarazin M., Roddier F. The ESO differential image motion monitor // Astron. Astrophys. 1990. V. 227. P. 294–300.
20. Антошкин Л.В., Ботыгина Н.Н., Емалеев О.Н., Лукин В.П., Лавринова Л.Н. Дифференциальный оптический измеритель параметров атмосферной турбулентности // Оптика атмосф. и океана. 1998. T. 11, № 11. С. 1219–1223.
21. Больбасова Л.А., Грицута А.Н., Копылов Е.А., Лав­ринов В.В., Лукин В.П., Селин А.А., Соин Е.Л. Из­меритель оптической турбулентности на основе датчика волнового фронта Шэка–Гартмана // Опт. журн. 2019. Т. 86, № 7. С. 42–47.
22. Лукин В.П., Носов В.В. Измерение дрожания изображения протяженного некогерентного источника излучения // Квант. электрон. 2017. Т. 47, № 6. С. 580–588.
23. Коняев П.А., Ботыгина Н.Н., Антошкин Л.В., Емалеев О.Н., Лукин В.П. Об измерении структурной характеристики показателя преломления атмосферы пассивными оптическими методами // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 8. С. 738–741; Konyaev P.A., Botygina N.N., Antoshkin L.V., Emaleev O.N., Lukin V.P. Passive optical methods in measurement of the structure parameter of the air refractive index // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 6. P. 522–525.
24. Toselli I., Andrews L.C., Phillips R.L. Free space optical system performance for laser beam propagation through non Kolmogorov turbulence // Proc. SPIE. 2007. V. 6457. DOI: 10.1117/12.698707.
25. Toselli I., Andrews L.C., Phillips R.L., Ferrero V. Angle of arrival fluctuations for free space laser beam propagation in non Kolmogorov turbulence // Proc. SPIE. 2007. V. 6551. DOI: 10.1117/12.719033.
26. Zilberman A., Golbraikh E., Kopeika N.S. Lidar studies of aerosol and non Kolmogorov turbulence in the me­diterranean troposphere // Proc. SPIE. 2005. V. 5987. DOI: 10.1117/12.629687.
27. Сharnotskii M.I. Wave propagation in random media with spectral exponent outside the (3, 4) range // Workshop on Non-Kolmogorov Turbulence and Associated Phenomena Fraunhofer IOSB, Ettlingen, 1–3.07.2019.
28. Cui L., Xue B., Zhou F. Generalized anisotropic turbulence spectra and application in the optical waves pro­pagation through anisotropic turbulence // Opt. Express. 2015. V. 23. P. 30088–30103.
29. Korotkova O., Toselli I. Non-classic atmospheric optical turbulence: Review // Appl. Sci. 2021. V. 11. P. 8487.
30. Lukin V.P., Bol’basova L.A., Nosov V.V. Comparison of Kolmogorov’s and coherent turbulence // Appl. Opt. 2014. V. 53. P. B231–B236.
31. Lukin V.P., Nosov E.V., Nosov V.V., Torgaev A.V. Causes of non-Kolmogorov turbulence in the atmosphere // Appl. Opt. 2016. V. 55. P. B163–B168.
32. Носов В.В., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Моделирование когерентных структур (топологических солитонов) в закрытых помещениях путем численного решения уравнений гидродинамики // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 28, № 2. С. 120–133.
33. Лукин В.П., Ботыгина Н.Н., Емалеев О.Н., Лавринов В.В. Особенности адаптивной фазовой коррекции искажений оптических волн в условиях проявления «сильных» флуктуаций интенсивности // Квант. электрон. 2020. Т. 50, № 9. С. 866–875.
34. Лукин В.П., Носов В.В., Носов Е.В., Торгаев А.В. О влиянии масштабов атмосферной турбулентности // Успехи современного естествознания. 2015. № 1. Часть 7. С. 1179–1183.
35. Носов В.В., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Метод измерений профиля атмосферной турбулентности по наблюдениям лазерных опорных звезд // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 8. С. 658–665; Nosov V.V., Lukin V.P., Nosov E.V., Torgaev A.V. Method for atmospheric turbulence profile measurement from observation of laser guide stars // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 2. P. 176–183.