Том 39, номер 09, статья № 5

Аннотация:

В настоящей работе рассматриваются актуальные задачи аналитического описания флуктуаций параметров оптических волн при их распространении в турбулентной среде с неколмогоровским спектром. Получены расчетные формулы, отражающие зависимость этих флуктуаций от характеристик среды. Основной метод исследования сочетает теоретический анализ с численным моделированием атмосферных процессов. В предположении о независимости интегральной энергии турбулентности от вида ее спектра установлены соотношения между структурными параметрами показателя преломления для различных типов турбулентности. Полученные результаты позволяют адаптировать параметры оптических волн при переходе от одного закона спектрального распределения к другому и могут быть использованы при проектировании систем адаптивной оптики и мониторинге турбулентности на атмосферных трассах.

Ключевые слова:

турбулентность, атмосфера, флуктуации, спектр турбулентности, неколмогоровская турбулентность, внутренний и внешний масштабы, скорость ветра, адаптивная коррекция

Список литературы:

1. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.
2. Гурвич А.С., Кон А.И., Миронов В.Л., Хмелевцов С.С. Лазерное излучение в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1976. 277 с.
3. Татарский В.И. Адаптивные системы и когерентность // Изв. вузов. Радиофиз. 1981. Т. 24, № 7. С. 861–883.
4. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. Т. 1. М.: Наука, 1967. 696 с.
5. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. СПб: Гидрометеоиздат, 1996. Т. 2. 742 с.
6. Zilberman A., Golbraikh E., Kopeika N.S. Lidar studies of aerosol and non Kolmogorov turbulence in the Mediterranean troposphere // Proc. SPIE. 2005. N 5987. DOI: 10.1117/12.629687.
7. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Когерентные структуры в турбулентной атмосфере. Эксперимент и теория // Солнечно-земная физика. 2009. Вып. 14. С. 117–126.
8. Korotkova O., Toselli I. Non-classic atmospheric optical turbulence: Review // Appl. Sci. 2021. V. 11. P. 8487. DOI: 10.3390/app11188487.
9. Toselli I., Andrews L.C., Phillips R.L. Free space optical system performance for laser beam propagation through non-Kolmogorov turbulence // Proc. SPIE. 2007. N 6457. DOI: 10.1117/12.698707.
10. 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. N 6551. DOI: 10.1117/12.719033.
11. Toselli I., Andrews L.C., Phillips R.L., Ferrero V. Free-space optical system performance for laser beam propagation through non-Kolmogorov turbulence // Opt. Eng. 2008. V. 47. P. 026003. DOI: 10.1117/1.2870113.
12. 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. DOI: 10.1364/AO.53.00B231.
13. 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, Germany, 2019.
14. 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. DOI: 10.1364/OE.23.030088.
15. Bos J.P., Roggemann M.C., Gudimetla V.R. Anisotropic non-Kolmogorov turbulence phase screens with variable orientation // Appl. Opt. 2015. V. 54. P. 2039–2045. DOI: 10.1364/AO.54.002039.
16. Toselli I., Gladysz S. On the general equivalence of the fried parameter and coherence radius for non-Kolmogorov and oceanic turbulence // OSA Contin. 2019. V. 2. P. 43–48. DOI: 10.1364/OSAC.2.000043.
17. Beck J.R., Bos J.P. Angular anisoplanatism in non-Kolmogorov turbulence over horizontal paths // J. Opt. Soc. Am. A. 2020. V. 37. P. 1937–1949. DOI: 10.1364/JOSAA.37.001937.
18. Лукин И.П. Интегральное разрешение оптической системы «турбулентная атмосфера – телескоп» // Оптика атмосф. и океана. 1995. Т. 8, № 3. С. 479–483.
19. Fried D.L. Limited resolution looking down through the atmosphere // J. Opt. Soc. Am. 1966. V. 56, N 10. P. 1380–1385. DOI: 10.1364/JOSA.56.001380.
20. Градштейн И.С., Рыжик И.Н. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Изд-во физ.-мат. лит-ры, 1963. 1110 с.
21. Лукин В.П. Прогноз фазовых флуктуаций оптических волн в турбулентной атмосфере на основе текущих данных // Изв. вузов. Физ. 2024. Т. 67, № 2. С. 114–123.
22. Noll R.J. Zernike polynomials and atmospheric turbulence // J. Opt. Soc. Am. 1976. V. 66, N 3. P. 207–211. DOI: 10.1364/JOSA.66.000207.
23. Andrews L.C., Phillips R.L., Hopen C.Y. Laser beam scintillation with application. Bellingham, Washington: SPIE Press, 2001. 375 p.