Введение к работе
Актуальность тека. Использование лазеров в сгсгеках дскаягя, эеядарсзаяяя, связи и нагхгацдл посзавяяо перед опхеяой а радло-фзззксЗ ряд прдшзддиадьннх я прзклбднзх задач в области ясследо— зянзЗ но распространение oniffrscscro излучгнзя в сдутайно-че однородной аГі'оссгра. Дзло з їси, яго прн передача иггзчесісого сигнала через атмосферу зсзядкаЕ? флуктуации а^гквтудн н фази доля расд-рсстразйзкцаЁся аоаня вследствие случайней яросгранственно-вре!,*ен-ноЯ нзйзнчззсетз показателя прелскяея&я среди из-за бзсясрядсчнэ-го турбулентного Еэр*ызЕгвазгя зсздуаап пасс о различной температурой. Турбулентность атмосферы а ряде случаев исгет оказаться фікторезг, огразячззаг!5Ян возкогясстз сястем, гсзользугззх лазерное ЕздучзЕае, та« жвз. сна дрдзсдзт к нарузянзв когереятяоста, ymspa-язв sssspHSs аучзсз, случайнее нзггэнзнлп яацразлеязя их раоярсет— ранепгя, к дсявлеялэ фзуктуазгЗ интеасягяесгя излучения.
Лрз расдрссграяеязя код-гг. лззергпх дучзсз з атмосфере зоягля-екя друго5 естсчепд асдадзіїзЗ — Езоддсрсдзостн, ссразукцдеся ЕЗ— -за эсздзйзтзяя гвдучендя па среду. Для атнсоЗээн гталбодзе нягхс— пор отогни зо кодяезтн впяучедгя является тепловоз саковоздаЗствив, ЕоздЕїтаг^ее велвдежзз газезото з аэрозольного потяспензя часта здергзз яучка. Поз тзплозет егмевоздеїстззз случайЕнз дстагания пучда, дниіваєїне ат^ссферзсЗ туриулеіггясстьз, когут прегсгедять, ее йене регулярнее дефо^егоегта гзлучэяпя, слтгйнея дучда на ветер я другзз: зфузктоз, ікзіеїях кеето е одясродкзг средах. Назздея-ннэ азлучзядєк случанне Еесдясрсдпостз тегдгзратувн, .tips определен—
ЕНХ УСЯСГЯЯЗС, CEaSHSaST СуЕвСТЗВНДОе ЕДНЯНЕЭ ЯЗ. СТаТ2СТЗЧ8СХИ6
свойства лазерного пучка.
дзз: пргягжегсь разлзчЕзе кзїсдз. Назбсяее звйлезеггтелгзсэ psaema
CocTcsaze вопроса. К ваетсЕцггзг'Ергкеяя резан бояьпей круг задал, огжссазхся в гроЗлекэ тепджагв егксзоэзэЗстзгя лазерного ззлучгдзя з турбулентной актасфгрз. СЗсСггяга результатов теоретз-^v2C232 и экепгргаэЕтаагггкх згеяззезялгй s этой c&racz гЕхбсдгг
булеяткой ср-2~з, у?ет кгстлеп;гнніпг' і|*укхуалх22 пояСаг;..лл поалсм-лекля срсдп п ііл^лтуаплй сксрсстя лзтра на трассе раопрссграгзляс сеупестлглялоя по оїдалілостг. В реальной атмосфере оба sk фалтора прлоутстлухл: слясзрелалло л лллс :я, так к другой 1:017- елослїі равнслеянкл їллад л ітосітасс теплслого саїлоЕсзлолстхля лелрерлллюго
В тесротлч-ееллх лсслелсвгьлял: тзшгознх лслалзкЛ/і нутлс^, раап-ростраляхсл-лля ~а лартллаліл-глх трасса^ншслненлілх П.А.Кскяелїг.:, Іі.П.Садсвнллсвлм, З,В.Колосовы:.' и sx ссазтсраллі ке уяптклалсоь глляяле атлтсс&рясл гурбулсмткосїі: ка расярслглэклз сріллел" лктея-слелостл в ллссксстл наблкцеяля. Оллало, лесолсллусоть талсло учо--а мозз; возникнуть при анализе раоггрестрааанля пучка на лаклон-ких яр стяла fhiix трассах 2 случка лсротколлллслнл. лаззро? л лрл большой лнтенслвноатя тугбулеятяїсл йульс&гт:'. пслапатчля срзлсглле-иля возлуха.
УрсЕЕнь слуктуацлй аіллллтулц я сіази слтлчеекс;; есллк, лаолро-стсаляглчйся в турбулеитксй атлослорз з услоллял лаплслогр en.vc-лсллй"стеля, завися? сг тактл лалтсрол, лал лурбулллїл:::; уелсзля на трассе распрсстраненлл (сілсолгелїло ллуггуаплл долазлі-лля прс-лсл-лє ля .'. -корости ілтла), л;,о:;і"Ь ярслтрллстленнсл л лрг^ллпсЛ когерентности коля хотояллла, :-слсіи;: г:л г.ракяли на лалулак^л ппес-туре л иссясст;, лзлулелля, Р л-алулітатз тос^етляасклх лсслелсьаялЛ лсгареятнсстп :: фл у к ту л ал Л ллтсяслеллстл л.ллулоллл кал с Л':лслъ-Еоианлеьт кетоллі сгатлстлллелі.л лсг._.та:;л.\ :. роботах В.П.У'яял'лл.ога с соавтора?/,-? к П.ЛЛІОйяєЕа, тал :; ;:а ссяоал слаллтллсск-лл ллдхоясл, прл.'.^екявллхся ь работах В.В.Бсрсблевл, ,'-',ОЛ'с-їела,?;лплл с соавтора-.та л других, били ьиявлєнн лялл"с:л;рпсст.? лслерояля пучка в яелл-келкой турбулентной среда с учете;.: реллл-лп-'л лерсчледелллл ляля if актор ов. Слкако, ка комеп? лалала рааогл лал ллесерталллл оставался сткрнгж рял латс-их с :гт»учііо:і л ллакіляесксГ: точки зрения ьлреесв. В частности, бкло ;;- ьяаслеяо до лоішл, кал лелут себя когерентность я ллуктуагхлл ллтеяслг-ясотл расярсстраня?х;г!Гоея излучения глж cocf/acTHcr.' учлте турбулентных вариацлл скорости ветра ь показателя пррлскленяя среля, кал алляе? при зтсі.ї на флуктуаплск-яле халактеоястлки лучка степень лрестранствонной когерентности лс." псточнлка. Пслясст^п га прелслаыл лллпінпя исследователей ос-толлсь такла глрллтеопстлкл, лак лрестрянстленная корреляция лктен-линлестл л ллеперсіія случаґллгх cv.rztn'.'.l яу"-ла л тех случаях, когда :счя>г, гель 3" лреяассе таллслегу с:лйслл:,;сг:с:л-:я лпїййт сиіуктуадвл
'.от. "'лслзрлллнгллллс'* лсзлзлзл--л;;л леплодого слл'слслдзлзл-ллд лллзлнлл луллол в лллзслзрз для псл^лзлля лл'орлдцлл об лелаллллл з^ослсллгзлслллого лзлучонлл ззд'.отугэ лсполллулл дяклле с5 пглзпе :-:,:: лгрллл; гзсз зслдлрулллего лулла гллсЛ '""здлзззл, злзллеолрг.ллд--:"ег^лл злу'-рл лалзлгллого лзлуладлс:' дачзлл, йл?оь озілладлсі лг рззсл.-зтрзллллл", - лзогдоотл, пгтддо длл лрдллллл л.здзч;: о лсладл-сднсд заолрсз'грллгдлл еггга з глрбулзлглсл зред"- з узлсдллл пале-допдсй кеоддсрсдлсзз" псгаяа^елл лрглсллзнлл л о разпростргкэплн зояллрулдгго пудкл д ддладз. дклдлгрузгсгл дглг/льсллд л?ллуленлз:л.
І'ельгз длссергідлсчяел рз.боть' ллллзгся -асрзтллзелсз гіеедедслд-ллє стзтлз?д~гсллд слсЛсїп лзл-лоного лзлу-єлдя, раздроо'Грзллязлдз-гсся з лурсулздгнсд злтдоелдерз прл дзслдлздлл олрзллсл лзддолздз седсдсдделстлдд,
Лшгоз лсгдздсладде вісдсддсг в себл:
1} -дгрпйотду длслздлсго Г'зтсдз сасдзса средней плтзлезлнезтп :доглчло-::сгсре;:т«ого лазгрлего ігуддп, ргелроз'лрзлллллзгсея з аз~ іхгллдл прл тедлеле- сзллсдсздеїїсдвлл, дздзоллддзго озудзсгзллгь од долрзіі-зіпллл улаг турб"лзк::тдх пулгегдддл полаззтелл пргллг-педля л удултуаллй слсрсс^л гзіра, з ередєдзіїдз та его ознелз гпаллза їзплсь-з" дз^слуслрозлл пуллз ::а гсрлгсдідлндд:, дллдздлдх д взр-:дгдлкдл: трзезад з ai.vecfepe;
") лзелологеллз зл-'ллля зсздлллгддд лрл ^зл'гсде:; ззлолездел-сгзлл лз-ля длултузштл едороедл лзтра тзг'дгсаіурлнд "зсддсрсллсс-гзл згсдд лз. шострзл.г.ЕЗлцтла лсгсрглтлсзсь, олуллуядлд лнтзнелл-лл;лл л еду да:, луз с:.л.':ллд луллл л гурлулі.длд: лл;.у;л' р-;
3) зздзле? сїаллеуллзеллл х'фЗ"лзрлстля золя зллдлруддлд гл/~гг з з ал'сс-тернш: дддадзд, создавле:":: мслдпл.! лд-ердллл ллдудопдгл;.
Кауллая лелллдз гедлздстлзнл:і зослелт з Сїлз.лу-г.лдд:
Рз.зра'зллд і:з70д позесдятд;лл, п стллдпо сл лзлсеглдх длдде-дел, прсЕсщїї^ь раочгги' опзргзгдлзсддд ддрлдл*ерйеді;К лл;.лерк"д пуікез, рззлрсззтзчяллддлс': злзл злдлсзсї сз:.;лзспдоЯстлл;:' s уследллх .ллудту-лролзлля аг!,-сс&рл;п: паза::зтрсз,дзпзсрздсгрзллз :' з:д'л" злз-л:з^
ЯЯГЭКСЛЗПССГЛ, Дга СТПЗСЇЛО.'ШО ССЛрЗЗЛДЗТ БОЛЛЛД ГЛДЛД'СЛ'Л' л.д '-'"Г
з раеллолзт бсзмопісслл длелепнегэ лллллза.
С семзеыз огого кетсаз пржздзно дсолодо?53!їііз \\z\-.z:vi\y7"\ іїс-Д'їс:--: лазерііого пудда з amocjepe прп рзглддтідх гурбуделгндх л дзллк'їГ.-;г.д: услеззях раестссі'рапєндл. Показало, как алплдг "урбула-пъл^з
вариация скорости ватра в показателя преломления среды гри их совместном учете на тепловую дефокусировку пучка. Епервнз ш>зд-стаЕленн расчетные данные по средней интенсивности для нестационарного режиш теплового самсвоздействия с учетом естественных флуктуации показателя преломления при турбулентном движении зоз-духа в области локализации пучка.
Виявлена новые закономерности поведения флуктуациояних характеристик частично-когерентного пучка непрерывного лазерного излучения лрп различных нелинейных и турбулентных условиях распространения света ь атмосфере. 3 частности установлено, при какзх условиях величина радиуса когерентности уменьшается, а характерные пространственные масштабы флуктуации интенсивности сучка увеличиваться вследствие искажений излучения на образухтахся в прогресе турбулентного перемешивания неоднородкостях наведенной температуры зо сравнению со случаем линейной среды. Найдены соотношения между параметрами среды и пучка, при выполнении которых с увеличением мощности излучения происходит рост флуктуации интенсивности. Показано, 1То дисперсия случайных смещений пучка как целого в турбулентной атмосфере при тепловой нелинейности превышает соответ-ствуг-ух величину з отсутствие самовоздействия.
При рассмотрении задач зондирования атмосферных каналов , наведенных псиным оптическим излучением (МОИ), обнаружен ряд новых эффектов. Показано, что при локационной схеме зондирования канала, в огличяе от "чисто" турбулентной реды, возникает усиление средней ектеасивности волнн. отраженной зеркальной поверхностью. Обнаружено, что инициированные пучком импульсного МОИ акустические Еозкусчкия плотности среды в турбулентной атмосфере при определея-ннх условиях, могут сушествонно изменить статистику флуктуации вн-іенслвностя зондкрутаего пучка. Характерный временной масштаб этих флуктуации начинав" определяться временем пробега звука через по— перечное сечение пучка МОИ.
Практическая значимость работы заключается в следующем.
Методн, предлогекнне в работе для описания статистических свойств мовпого лазерного излучения в турбулентной атмосфере, дают возможность проводить оценки искажений пучка с учетом наиболее важных гактороь, тлияицих на пргдесс его распространения. Пакеты прикладных програлч, созданные на основе этих методов позволяют гффек-7лчно грапгозітровать неведение характеристик излучения па реальных ыч^ферках трассах и яасли і>ргмензнае при выполнении работ по прзхяздпоЯ тематике.
Полученные в работе результаты расчетов характеристик излучения,
распрсстргяягсегоея в рефракционном канале, могут быть использова
но для интерпретации экспериментальных данных по зондированию из
менений оптических параметров атмосферы под действием пучка МОИ н
дпланы учитываться при сценке точностных характеристик оптических
локаторов, предназначенных для работы в условиях проявления нели
нейных тепловых зйЕектов. - - -
Достоверность результатов диссертации подтверждается их совпадением в частных случаях с результатами расчетов, выполненных различными авторами методом статистических испытании, удовлетворительным согласием с икепдикися экспериментальными данными для некоторых характеристик пучка, полученными в Институте оптики атмосферы в натурных условиях.
На задиту выносятся сдедугоие пологакия.
-
Разработанный в диссертации метод ка основе уравнения для Функции взаимной когерентности- поля, позволяет проводить анализ распределения средней интенсивности частично-когерентных лазерных пучков, распространявшихся в атмосфере при тепловом самозозлейст-вии, с одновременным учетои турбулентных пульсаций скорости ветра з. показателя преломления как для установивсзгося, так з для нестационарного режима самовоздействия.
-
С увеличением параметра нелинейности 4-ва/ЯН1 лскагеная пучка непрерывного излучеяжя на наведенных вследствие турбулентного перемешивания температурных неоднородностях воздуха растут и, начиная
с определенных значений & . относительная дисперсия интенсивности излучения при тепловом самовоэдевствия превыпает уровень, соответствующий линейной среде. Одновременно происходит увеличение радиуса пространственной корреляции интенсивности по сравнение со случае» 6.0^/^ = 0 вследствие повышения рати наведенных, более круяномаептабпнх, чем "естественные" неодкередностей температуры .
-
Изменения показателя преломления среды в области нокатизадии пучка за счет среднего градиента наведенной температуры вызывает увеличение амплитуды случайных блутданий пучка как целого по сравнении с линейной средой. Случайные неоднородности наведенной температуры, возникайте ич-за флуктуации скорости гетра, приводят к дсполнптельясму увеличению дисперсии СЕепенлй пучка.
-
С увеличением оптической силы канала МОИ з турбулентной атмосфере зондирующее излучение на локационных трассах в таких каналах грансфериируется и, независимо от дифракционных размеров ис-
точника и отранателя, преобретает вследствие дефокусировки свойства рассеянной волнн. Это приводит, в отлячие от "чистоЧуроулент-ной среды, к появления эффекта усиления обратного рассеяния и в случае отражения плоской волны от безграничного зеркала.
5. Распространение зондирующего излучения в каналах, образованных модным импульсным излучением, при определениях условиях существенно зависит от акустических возмущений плотности средн, инициируемых пучком МОИ. При этом характерным масштабом, определяющий статистические свойства зондирующего излучения, становится время пробега звука через поперечное сечение пучка МОИ.
Апробация результатов. Результаты исследований пс теме диссертации опубликованы в девяти научных статьях и докладывались на УЛ Всесоюзном симпозиуме по лазерному и акустическому зондированию атмосферы (г.Томск, 1984) , 7Ш (г.Томск, IS85), IX (г.Красноярск, IS&7), X (г.Якутск, 1989) Всесоюзных симпозиумах со распространению лазерного излучения в атмосфере, ХУ Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (г.Алка-Ата, 1987), а Всесоюзной конференции иолодых ученых и специалистов "Теоретическая к прикладная оптика" (г.Ленинград, 1988), Е Научной конференция "Лазеры-88" (г.Пловцив, Болгария, 1988).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введение, трех глав, заключения и списка использованной литературы. Объем диссертации 158 страниц машинописного текста, включая 38 рисунков в библиоіу^фіш, со-еріацую НО наименований.
