Введение к работе
Состояние исследуемого вопроса и актуальность проблемы
Атмосферная турбулентность существенно влияет на распространение оптических сигналов, приводит к случайному искажению пучков излучения, существенно снижает качество получаемых с помощью наземных телескопов изображений астрономических и космических обьектов. Коррекция искажений -одно из важнейших направлений современной атмосферной оптики. Турбулентные искажения могут быть скорректированы при помощи адаптивных оптических систем, использующих зеркала с гибкой управляемой поверхностью. Для управления адаптивными зеркалами необходима информация о текущих фазоаых искажениях, которую можно получить путем анализа волнового фронта излучения, принятого от точечного опорного источника, расположенного в заданном направлении. Активные работы в данной области ведутся несколькими крупными лабораториями в США с начала 80-х годов. Были . проведены успешные эксперименты по компенсации турбулентных искажений с использованием натриевых искусственных звезд, формируемых с помощью специально разработанных для этой цели лазерных систем. Формирование искусственных звезд сопряжено со значительными трудностями, одна из наиболее серьезных трудностей связана с энергетикой искусственной звезды, необходимостью разработки мощных лазеров, излучающих на Д-5ї9нм, что сотзетствует длине волны резонансной линии натрия 1).. Кроме того, для формирования в
натриевом слое опорного источника с заданными параметрами необходимо испопьзвать лазерное излучение с оптимальными спектральным и пространственными характеристиками. Для определения энергетических требований к натриевой звезде и возможности использования конкретной лазерной системы при формировании искусственного источника излучения в мезосферном натриевом слое обычно пользуются лидарным уравнением, которое носит эмпирический характер. Точный расчет энергетики принятого от натриевой звезды сигнала до настоящего времени не проводился. Таким образом, определение энергии сигнала искусственного маяка в зависимости от пространственных и спектральных характеристик зондирующего сигнала при учете атмосферной турбулентности и характеристик натриевого слоя представляется весьма актуальным. Кроме того, большое значение имеет разработка методики восстановления изображения при использовании искусственной натриевой заезды в качестве опорного источника излучения.
Основные цепи диссертационной работы:
Расчет параметров лазерного луча в мезосферном натриевом слое, при формировании искусственного источника излучения, при расчете необходимо учесть влияние атмосферной турбулентности.
Определение физических условий и технических параметров, при которых возможно формирование наиболее компактного источника излучения, находящегося в пределах одного угла иэопланатиэма вместе с исследуемым обьектом.
Разработка алгоритма восстановления изображения при использовании искусственной лазерной звезды.
Расчет реакции одиночного неподвижного атома на излучение, в частности, расчет сечения резонансного рассеяния атома натрия.
Учет уширзния линия резонансного рассеяния за счет теплового движения атома, учет частичной когерентности и импульсного характера лазерного излучения, с помощью которого формируется " искусственная звезда, при использовании подходящей модели : атмосферной турбулентности.
Построение статистической модели слоя рассеивающих атомоэ при форшроаании искусственного опорного источника излучения.
Расчет средней энергии суммарного рассеянного поля при использовании подходящих аппроксимаций.
Проведение численных оценок энергетики искусственной звезды, определение оптимальных значений параметров лазерной системы для получения максимального сигнала от опорного источника.
Анализ возможности использования тождественного шякз при работе адаптивной оптической системы в реальном масштабе времени.
Научная новизна работы заключается в том, что разработана новая методика расчета энергетики искусственной звезды, формируемой на основе резонансного рассеяния в мезосферном натриевом слое, получено выражение для энергии сигнала искусственной звезды, сформированной нэ заданной высоте, в зависимости от параметров зондирующего сигнала и рассеивающего натриевого слоя при учете атмосферной турбулентности на пути распространения лазерного луча. Определены пространственные характеристики лазерного излучения, необходимые для получения минимального
рассеивающего пятна на высоте ~90км, выявлена область значений пространственных и спектральных хараістеристик зондирующего сигнала, при которой данные параметры практически не оказывают влияния на энергетику принятого сигнала лазерной звезды, даны практические рекомендации по усовершенствованию лазерной системы, используемой для формирования искусственного источника излучения в мезосферном натриевом слое. Предложен' метод восстановления изображения с использованием излучения натриевой искусственной звезды.
Практическая ценность.
Разработанная методика расчета энергетики искусственной звезды и практические рекомендации, полученные в данной работе, позволяют решить на стадии проектирования и в процессе усовершенствования следующие вопросы:
- производить оценку влияния параметров конкретной системы на
энергетику искусственного источника излучения,
- улучшать параметры адаптивной оптической системы с
использованием искусственной лазерной звезды - при работе
системы в различных режимах,
учитывать влияние атмосферной турбупентности при расчете зарегистрированного сигнала от искусственной звезды,
формировать источник излучения минимального возможного диаметра на высоте ~90ки над поверхностью земли посредством управления пространственными .характеристиками при учете наличия области атмосферной турбулентности на пути распространения лазерного излучения или оптимизировать
-?-
поперечный размер излучающего столба в мезосферз с учетом эффекта насыщения натриевого слоя.
Кроме'того, разработана методика восстановления изображения с использованием натриевой искусственной заезды, сформированной с помощью лазерного излучения на резонансной длине
ВОЛНЬи=539на.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.) Метод расчета энерготики сигнала лазерной звезды и требуемых
параметров лазерной системы, используемой для формирования
искусственной звезды на основа резонансного рассеяния о
мезосферном натриевом слое, при учете импульсного характера и
частичной когерентности лазерного излучения, доплеровского
эффекта и атмосферной турбулентности.
2.) Обоснование возможности формирования опорного источника
минимально возможного эквивалентного сечения при дальности
фокусировки лазерного луча, превышающей дальность до
Натриевого слоя..
3.) Выявленный характер влияния пространственных характеристик
лазерного луча на энергетику искусственной звезды при учете
эффекта насыщения в натриевом слое."
4.) Статистическая модель слоя рассеивающих, атомов!
б.) Принципиальные ограничения, возникающие при учете
импульсного характера и частичной когерентности лазерного
излучения, и их первостепенное значение по сравнению с
пространственными характеристиками лазерного луча при решении
задачи формирования лазерной заезды достаточной яркости для последующего использования ее адалтизной оптической системой. 6.) Обоснование возможности' использования натриевой искусственной заезды в качестве опорного источника излучения при работе адаптивной оптической системы в реальном масштабе, времени.
7.) Методика восстановления изображения при использовании искусственной звезды, сформированной в мвзосферном натриевом слое.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с . Координационными планами ГП "НПО Астрофизшса" 19S2-1996r. по теме "Максимум*, в настоящее время планируется реализаций результатов работы .
Апробация работы' и публикации
Результаты работы, положенной в оснозу диссертации, докладывались и обсуждались на:
- XXIII Международной конференции "Новые информационные
технологии в науке, образовании и бизнесе' (Украина, Гурзуф, ыт
1996),
-' Международной конференции 'Современные проблемы Астрономии* (Одесса, сентябрь, 1996),
Отраслевой научно - технической конференции * Проблемы создания лазерных систем" (Владимир, сентябрь, 1996)
XXXVII, XXXIX Научно - технических конференциях МФТИ (1994, 19Э6)
- Научных семинарах кафедры Квантовой электроники МФТИ,
отдела 1700 ГП "НПО Астрофизика".
Список научных трудоо по теме диссертации содержит 6
наименований.
Объем и структура диссертации.
