Экспериментальное исследование адаптивной коррекции искажений лазерного пучка в аэрозольных средах

Васильев, Олег Иванович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Экспериментальное исследование адаптивной коррекции искажений лазерного пучка в аэрозольных средах
ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Экспериментальное исследование адаптивной коррекции искажений лазерного пучка в аэрозольных средах"

На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВ Олег Иванович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНОЙ КОРРЕКЦИИ ИСКАЖЕНИЙ ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА В АЭРОЗОЛЬНЫХ СРЕДАХ

25.00.30 - Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

НАЛЬЧИК - 2006

Работа выполнена в Институте экспериментальной метеорологии НПО «Тайфун» Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Научный руководитель:

доктор физико — математических наук Алмаев Рафаиль Хамитович

Научный консультант:

доктор физико — математических наук Ким Николай Сергеевич

Официальные оппоненты: . доктор физико - математических наук

Хучунаев Бузигид Мусаевич

Ведущая организация - Главная Геофизическая Обсерватория им. А.И.Воейкова, г. Санкт - Петербург

Защита состоится 01 декабря 2006 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д.327.001.01 при ГУ «Высокогорный геофизический институт» Росгидромета но адресу: 360030, КБР, г. Нальчик пр. Ленина,2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУ «Высокогорный геофизический институт».

Автореферат разослан 34 октября 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физ.-мат. наук.

кандидат физико - математических наук Камеиоградский Никита Евгеньевич

проф.

А.В.Шаповалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. При решении задач метеорологии, климатологии и физики атмосферы важную роль играют оптические методы и реализующие их оптические системы измерения и контроля параметров атмосферы. Лазеры, генерирующие высококогерентные пучки излучения различных поперечных размеров, интенсивностей, длин волн стали основным элементом' оптических систем мониторинга параметров природных сред, передачи информации, навигации, дистанционного зондирования, работающих в атмосфере или через атмосферу. Атмосфера не является однородной средой и существенно ограничивает дальнедействие, точностные и информационные возможности перечисленных систем. Поглощение лазерного излучения газовыми компонентами атмосферы, рассеяние и поглощение волны твердыми и жидкими аэрозолями значительно ослабляют пучок. Флуктуации поля диэлектрической проницаемости в атмосфере, обусловленные турбулентностью, также вызывают случайные неконтролируемые изменения фазового фронта волны. Перечисленные проблемы нежелательного влияния атмосферы на работу оптических систем, стимулировали проведение исследований, направленных на отыскание и разработку методов подавления искажений, вносимых средой в несущий полезную информацию. пучок излучения. Адаптивные методы считаются эффективными, в которых для управления амплитудно-фазовым распределением поля на излучающей апертуре используется оптическая обратная связь, основанных на схемах с зеркалами, обращающими волновой фронт (ОВФ). В этом случае информация о неоднородностях в канале связи собирается в реальном времени зондирующим (опорным) пучком, который распространяется навстречу основному пучку. Зондирующий пучок (несущий полную информацию о неоднородностях атмосферы на всей трассе) затем попадает в передающее устройство с зеркалом ОВФ, которое обращает волновой фронт (т.е. создает предыскажения фазы волны с обратным знаком) и усиливает излучение. В созданный таким образом пучок модулятором волны во времени вводится информация, и он распространяется к приемнику точно по тем же неоднородностям, что и зондирующее излучение. В итоге предыскажения волнового фронта и искажения, обусловленные атмосферой, взаимно компенсируются, и на приемник поступает излучение, несущее только полезную информацию. Описанная схема иллюстрируется рис.1, на котором представлена система дальней оптической связи в атмосфере с использованием зеркала ОВФ. В состав этой системы входят: маломощный зондирующий лазер (опорный источник); узел развязки; передающее устройство, включающее в себя параболическое зеркало; усилитель; зеркало ОВФ и модулятор, который вносит в пучок необходимую информацию.

Темой диссертации является экспериментальное исследование особенностей компенсации зеркалами ОВФ искажений пучка лазерного излучения при распространении его в неоднородных средах, моделирующих реальную атмосферу.

Состояние исследований. В основе явления обращения волнового фронта лежат нелинейные эффекты, относящиеся к классу вынужденных рассеяний (ВР), а также процессы трех и четырехволнового взаимодействия. Наиболее перспективными являются ОВФ-зеркала, использующие вынужденное рассеяние Мандельштама - Бриллюэна (ВРМБ). Первоначально свойства ОВФ-зеркал были использованы для подавления искажений в резонаторах лазеров. Успехи, достигнутые на пути компенсации искажений в лазерных источниках, стимулировали исследование по использованию зеркал ОВФ для уменьшения возмущений при распространении излучения в неоднородных средах (вне резонаторов), в том числе в атмосфере. Особенно существенные результаты были достигнуты в теоретических исследованиях распространения излучения в неоднородных средах по трассам с отражением от зеркала ОВФ. Рассматривался перенос обращенных волн по трассам в турбулентной атмосфере, а также в условиях самовоздействия (тепловая рефракция, просветление облаков и туманов).

Значительно хуже обстоят дела с экспериментами (как натурными, так и лабораторными) по исследованию компенсации с помощью зеркал ОВФ возмущений, вносимых в лазерный пучок неоднородными средами различного состава, в том числе атмосферой. Публикации .на эту тему весьма немногочисленны и в основном касаются проблемы подавления искажений, обусловленных турбулентностью среды, что не позволяет с высокой степенью достоверности судить об эффективности работы систем с адаптивной коррекцией в реальной атмосфере. Кроме того, вовсе отсутствуют исследования по компенсации возмущений амплитудно-фазового фронта волны, обусловленных аэрозольными частицами, а они, как известно, присутствуют в реальной атмосфере в виде твердых частиц и капель облаков, туманов, дождей. Далее, для практической реализации конкретных оптических систем с ОВФ -зеркалами требуется также проводить исследования влияния ограниченности приемной апертуры зеркала и нестационарности параметров среды на эффективность функционирования указанных систем.

Цель работы. В связи с вышеизложенным целью настоящей работы является проведение комплексных экспериментальных исследований возможностей коррекции ОВФ — ВРМБ — зеркалом искажений оптического пучка, вызванных взаимодействием излучения с ансамблем дисперсных частиц.

В рамках темы решались задачи:

-исследование эффективности коррекции возмущений лазерного пучка в турбулентной среде зеркалом ОВФ;

- исследование влияния .на компенсацию неоднородностей фазового фронта волны ограниченности приемной апертуры ОВФ - ВРМБ - зеркала;

- исследование возможностей подавления ОВФ — зеркалом искажений светового пучка при его тепловом самовоздействии в движущейся среде;

; - исследование передачи с минимальными информационными потерями оптических сигналов через рассеивающие и поглощающие среды; а также получения соотношений подобия для лабораторного моделирования работы

адаптивной системы (с использованием ОВФ-ВРМБ-зеркала) в реальной атмосфере.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Создана уникальная экспериментальная установка для изучения возможностей компенсации ОВФ-ВРМБ-зеркалом искажений лазерного пучка в неоднородных средах, моделирующих реальную атмосферу.

Впервые экспериментально показаны возможности адаптивной коррекции ОВФ-зеркалом искажений лазерного пучка в дисперсной среде. Изучена зависимость параметра коррекции от оптической толщины дисперсной среды.

Впервые экспериментально исследована зависимость точности коррекции ВРМБ-зеркалом турбулентных искажений от характеристик среды.

Предложен метод передачи оптических сигналов через рассеивающие перемещающиеся среды с использованием адаптивных зеркал.

Определена роль ограниченности приемной апертуры ОВФ-ВРМБ-зеркала в компенсации фазовых искажений светового пучка в неоднородной среде. . '.. . " .* \ _ .

Впервые экспериментально показана возможность компенсации ОВФ-зеркалом тепловых искажений импульсно-периодического лазерного излучения в перемещающейся среде.

Выведены соотношения подобия для лабораторного моделирования компенсации светового пучка в реальной атмосфере.

Практическая ценность работы определяется тем, что.

с одной стороны, полученные новые знания углубляют понимание процессов адаптивной коррекции в дисперсных средах, а с другой стороны, тем, что позволяют оценивать точность и эффективность компенсации искажений, вносимых в лазерный пучок атмосферой, системами с ОВФ - ВРМБ - зеркалами. Использование полученных данных обязательно при разработке высококачественных оптических систем контроля параметров природных сред, Зондирования, связи, работающих в атмосфере.

Защищаемые положения. .. .... .

1. С помощью ОВФ-ВРМБ-зеркала можно компенсировать искажения светового пучка, вызванные его рассеянием на ансамбле частиц дисперсной среды. Точность коррекции этим зеркалом не зависит от размеров частиц рассматриваемого в работе диапазона и незначительно уменьшается при увеличении оптической толщины дисперсной среды Г от 0 до 2,5.

2. Точность компенсации турбулентных искажений светового пучка падает от 0,8 до 0,3 при увеличении от 0 до 16,7 безразмерного параметра В, характеризующего флуктуации интенсивности пучка.

3. Тепловые искажения светового пучка импульсно-периодического лазера в перемещающейся среде компенсируются ОВФ-ВРМБ-зеркалом. Точность коррекции с увеличением параметра нелинейной рефракции Я незначительно падает.

4. Искажения оптического сигнала, вызванного рассеянием волн на движущихся неоднородностях, компенсируются с помощью операций

обращения волнового фронта и его поворота на угол а=2у/с, определяемый скоростью движения среды V' и света с.

5. Точность коррекции уменьшается с увеличением глубины фазовой модуляции падающего излучения и с удалением фазоискажающей среды от ВРМБ-зеркала.

Личный вклад автора.

Диссертация является обобщением работ по экспериментальному исследованию адаптивной коррекции. Автором была лично создана экспериментальная установка, разработаны методики измерений, выполнены эксперименты, проводилась обработка и осмысление результатов, теоретические оценки.

Публикации. '

По теме диссертации автором опубликована 21 работа в научных журналах и сборниках. Получено 1 авторское свидетельство на изобретение.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на: IV Всесоюзном совещании по распространению лазерного излучения в дисперсной среде (Обнинск-Барнаул,1988 г.); Всесоюзной школе "Лазеры и атмосфера" (Обнинск;1988г,); IV Всесоюзном совещании по атмосферной- оптике (Томск, 1988 г.); Всесоюзной конференции "Обращение волнового фронта лазерного излучения в нелинейных средах" (Минск, 1989 г.); X Всесоюзном симпозиуме по распространению лазерного излучения в атмосфере (Томск, 1989 г.); научно-технической конференции "Проблемы развития спутниковой связи" (Москва, 1989 г.); IV Всесоюзной конференции "Оптика лазеров"(Ленинград, 1990 г.); ' ХУ1 Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (Харьков, 1989 г.); научных семинарах под руководством Б. Я. Зельдовича, В. В. Шкунова (ИПМ АН СССР, Москва, 1987, 1989 г.г.); научном семинаре под руководством И.Г. Зубарева (Москва, ФИАН, КРФ, 1989 г.); конференциях СМУС НПО "Тайфун"(1985, 1987, 1989 г.г.); выставках НТТМ НПО "Тайфун" и г. Обнинск (1986,1988 г.г.).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из титульного листа, оглавления, введения, трех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 117 страниц машинописного текста, 33 рисунка. Список литературы включает 96 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении. дается краткий обзор результатов теоретических и экспериментальных исследований, по проблеме коррекции нежелательных возмущений лазерного пучка, возникающих в процессе работы оптических систем различного назначения в атмосфере. Обосновывается актуальность и практическая значимость темы диссертационной работы. Ставится цель исследований, сформулированы защищаемые положения, кратко излагается

Первая глава посвящена проблеме коррекции ОВФ - ВРМБ - зеркалом искажений оптического пучка, обусловленных рассеянием излучения на ансамбле частиц дисперсной среды. В §1.1. представлено описание методики измерения и контроля качества, коррекции возмущений лазерного пучка в различных неоднородных средах. В рамках этой методики оценка качества компенсации искажений оптического излучения ОВФ - ВРМБ - зеркалом производится с помощью относительно простого и удобного параметра - числа Штреля Л, равного отношению средних интенсивностей и Jx или средних энергий Е2 и Ех излучения (в фокусе приемного устройства), прошедшего трассу соответственно с искажающей средой и без нее. Для более детального анализа результатов адаптивной коррекции по всему сечению пучка предложен способ измерения углового распределения прошедшего слой неоднородной среды излучения. ■ • •

В §1.2. на основе описания распространения лазерного пучка в дисперсной среде и нелинейной среде ОВФ — ВРМБ — зеркала с помощью параболического уравнения квазиоптики получены параметры подобия, позволяющие ' адекватно моделировать в лабораторных условиях работу оптических систем с адаптивной коррекцией в реальной атмосфере в широком

диапазоне изменения характеристик среды. Показано, что для подобия процессов распространения световых пучков в дисперсной среде в лабораторных и натурных условиях необходимо равенство следующих безразмерных величин: 2/к\а 2- протяжённость трассы, нормированная на дифракционную

р о" к^а^

длину; О = гк7 2?? - параметр усиления ОВФ - устройства; В'=—-——-

I I 4 ар

параметр, характеризующий рассеивающие свойства дисперсной среды; где g -коэффициент усиления стоксовой волны в активной среде ОВФ — устройства, кх,к2 - волновые числа соответственно в дисперсной и активной средах, -комплексная амплитуда волны накачки, рр, <т5 - соответственно концентрация и среднее сечение рассеяния частиц дисперсной среды, а - радиус пучка, ар = 2,66(2^)2 , г - средний размер частиц, Л - длина волны излучения. Для слабопоглощающей среды из параметров г и В' можно скомбинировать один безразмерный параметр (т£)2, включающий величины, измеряемые в

2 /

эксперименте: оптическую толщину т и = а /г .

/г

В §1.3. на основе данных, полученных в §1.2., обосновывается выбор в условиях лабораторного эксперимента дисперсных сред, моделирующих атмосферные аэрозоли различной микроструктуры со свойственными им ^ функциями распределений, формой и модальными радиусами частиц. С учётом соотношений подобия были выбраны три типа модельных сред: водный аэрозоль, имеющий распределение капель по диаметру, показанное гистограммой 1 на рис.2; гидрозоль с частицами корунда несферической формы со средними диаметрами 27 = 5мкм (рис.3) и 2Р = 20мкм (гистограмма 2 на рис.2); стеклянные шарики в дистиллированной воде (распределение 3, рис.2). При этом для используемого в экспериментах излучения лазера с Я =1,06 мкм относительные значения показателей преломления корунда и стекла (относительно воды) в лабораторных условиях с точностью до 2% совпадают с относительным показателем преломления воды (относительно воздуха) . в реальной атмосфере. В §1.4. подробно описана уникальная лабораторная установка, принципиальная схема которой представлена на рис. 4. Эта установка позволяет проводить эксперименты по адаптивной коррекции искажений лазерного пучка в неоднородных средах в контролируемых условиях. В качестве. источника лазерного излучения использовалась система задающий генератор -усилитель 1 . Излучение распространялось линейно .в искажающей среде и нелинейно в активной среде ОВФ-ВРМБ-зеркала. Одномодовое одночастотное излучение неодимового лазера 1 (энергия до 2 Дж, длительность импульса по полувысоте 40 не, вектор энергетического поля параллелен плоскости рисунка,

диаметр пучка по уровню интенсивности I = 7,5 • 106 Вт/см2 равен 5 мм) после развязки, состоящей из клина 2 (исландский шпат) и ромба Френеля 3, проходило через искажающую среду 4 и фокусировалось линзой 5 диаметром 80 мм и фокусным расстоянием 120 мм, находящейся на расстоянии 20 мм от границы среды, в кювету б, где возбуждалось ВРМБ. Полная энергия пучка Е{ после его отражения от зеркала ОВФ измерялась калориметром 8 (в угле ~ 3,5-КГ1 рад).

Калориметром 9 в сочетании с диафрагмой 10 измерялась энергия Е2 в угле, близком к дифракционному. Важными элементами этой схемы являются: активная ОВФ-ВРМБ-среда, которая состоит из фокусирующей линзы 5 и нелинейного зеркала 6, представляющего собой кювету, заполненную четыреххлористым углеродом СС14; резонансный селектор, позволяющий формировать в резонаторе излучение с узкой спектральной полосой, а также развязка - комбинация клина и ромба Френеля, обеспечивающая защиту основного источника излучения от отражённой зеркалом ОВФ волны. Специальная схема задающего генератора с модулятором добротности обеспечивает генерацию одномодового пучка излучения. ___

Рис.4.Принципиальная схема экспериментальной установки: 1 -лазер (одномодовое, одночастотное излучение, длина волны

Рис.З.Распределение частиц аэродисперсной среды по диаметрам: по горизонтальной оси 2 Г -средний диаметр частиц; по вертикальной оси N -число частиц в заданном диапазоне диаметров.

Л = 1,06 мкм, энергия в импульсе Е

длительность импульса по полувысоте Ти

1,06 ~ ^ Дж>

= 40 не); 2 - клин

из исландского шпата; 3 - ромб Френеля; 4 - искажающая среда; 5 - линза диаметром 8 см с фокусным расстоянием 120 мм; 6 -активная среда с кювета с четыреххлористым углеродом ССЦ; 7 - светоделительные пластины из оптического стекла К-8; 8,9 -калориметры ИМО-2Н; 10 - диафрагма.

Результаты экспериментов по компенсации возмущений параметров лазерного излучения в дисперсных средах различного состава представлены в §1.5. В качестве экспериментального стенда использовалась установка, принципиальная схема которой изображена на рис.4 и которая в деталях описана в §1.4. Эксперименты проводились с модельными дисперсными средами трёх обсуждавшихся в §1.3 типов,' оптическая толщина которых изменялась в пределах 0<г<3. ,..,■*

На рис.5 для случая взаимодействия пучка с частицами корунда, взвешенными в воде, представлены фотографически зарегистрированные угловые распределения интенсивности пучка излучения: в дальней зоне без искажения (а), с учётом рассеяния дисперсной средой (в) и скорректированного зеркалом ОВФ (б). Видно, что расходимость пучка излучения, возмущения в котором были компенсированы с помощью ВРМБ-зеркала, восстановилась практически до дифракционной (~2х 10"4 рад). Аналогичная картина наблюдалась и для двух других типов дисперсных сред. Анализ всей совокупности экспериментальных. данных показал, что характер зависимости параметра

коррекции от оптической толщины г дисперсной среды сходен для всех

' " • •• El - .

трёх рассматриваемых видов сред. А именно, наблюдается вначале небольшой рост, затем уменьшение параметра коррекции с увеличением; г. Типичная „_ Ej

зависимость величины W =—- от оптической толщины для случая, когда

искажающей излучение с Д = 1,06мкм средой являлся гидрозоль со стеклянными шариками, представлена на рис.6 (кривая 1). На этом же рисунке кривыми 2, 3 изображены соответственно измеренные значения коэффициента отражения R и расчетные значения параметра коррекции.

; Рис.5.Угловые распределения исходного , (а), скорректированного "бриллюэновским" зеркалом ' (б) и искаженного дисперсной средой (в) пучков в едином масштабе. Оптическая толщина дисперсной среды т=~-0,5, средний диаметр частиц корунда 20 мкм. ■■■ .

' Рис.6.' Зависимости коэффициента отражении и' параметра коррекции от оптической толщины дисперсной среды: по горизонтальной оси.т-оптическая толщина дисперсной среды; по оси ординат:Я- коэффициент отражения (кривая 2);\\-параметр компенсации (кривые 1 и 3); кривые 1и 2 -эксперимент, 3 - расчет. • " - 1

Такое поведение кривых можно интерпретировать следующим образом. Излучение, прошедшее через дисперсную среду, содержит две составляющие -когерёНтную ' и ' не когерентную. Энергия' когерентной составляющей уменьшается с увеличением г из-за рассеяния волн на дисперсных частицах. В то Же время' угловая расходимость некогерентной составляющей растет с увеличением г. При небольших г ее расходимость невелика. При фокусировке

излучения в четыреххлористый углерод перетяжка для некогерентной составляющей лежит внутри нелинейной среды, в которой когерентные и некогерентные части перемешиваются. В основном, такое перемешивание происходит благодаря асимметрии частиц, т.е. имеем неравномерное с выбросами угловое распределение интенсивности в фокальной плоскости линзы. С увеличением т отношение энергии некогерентной составляющей к общей энергии излучения и параметр обращения растут. При достаточно больших г фокальная перетяжка для некогерентной составляющей больше длины нелинейного взаимодействия. В результате этого ОВФ. некогерентной составляющей не происходит, и точность коррекции искажений излучения

ВРМБ-зеркалом падает. ......

Следует отметить, что коэффициент отражения Я во всех реализациях был не ниже 0,2. При 11-0,15 параметр компенсации падал до значений 0,2-0,3. На рис.6 приведены только те точки, которые имели К >0,2, при котором процесс ОВФ не срывается. На рис. 6 кривой 3 показана расчетная зависимость. Сравнение кривых 1 и 3 показывает, что полученные в расчетах и экспериментах результаты согласуются друг с другом. . , , ; -

В главе \ рассматривается задача лабораторного моделирования работы оптических систем с адаптивной коррекцией в турбулентной атмосфере и анализируется влияние различных факторов на эффективность функционирования ОВФ - ВРМБ - зеркал. В §2.1 дано описание экспериментальной установки^ которая включает в себя в качестве искажающей случайно - неоднородной среды турбулентную ячейку, а в качестве адаптивной системы - ОВФ-ВРМБ-зеркало. Турбулентная ячейка, схематически изображённая на рис.7, представляла собой прямоугольную кювету, заполненную дистиллированной водой 7, с выходными окнами 1 из оптического Стекла, , помещенную в теплоизолирующий кожух 2. . Конвективная турбулентность создавалась в воде за счет разности температур нагревателя 3 и холодильника 4. .Температуры нагревателя и холодильника поддерживались постоянными с помощью термостатов ,5 и контролировались контактными термометрами 6. Длина кюветы равнялась 34 см, а ширина - 21 см. В процессе проведения-экспериментов расстояние между нагревателем и холодильником менялось в пределах от 4 см до 15 см, а разность температур нагревателя и холодильника — от 5°С до 55°С. При таких параметрах ячейки число Рейнольдса достигает больших значений, при которых развитая конвективная турбулентность локально однородна и изотропна во всем слое, за исключением пристенных областей. Внутренний масштаб турбулентности /0 и структурная

характеристика С\ флуктуаций диэлектрической проницаемости моделируемой

в ячейке турбулентной среды имели значения соответственно/0 = 0,11 +0,21

см,С1 = 0-ь 10"7 см "2/3. . .

Рис.7. Модель турбулентной среды (кювета): 1, - входные окна из оптического стекла; 2 - теплоизолирующий кожух; 3 -нагреватель; 4 - холодильник; 5 - термостаты; 6 - контактные термометры; 7 - дистиллированная вода.

Рис. 8. Схема экспериментальной установки:

1-лазер; 2-искажающая среда;3-линза; 4- ОВФ-ВРМБ-зеркало; 5,6-калориметры;7-диафрагма. Внизу: схема фокусировки искаженного лазерного пучка в ОВФ-ВРМБ-зеркале.__

Схема экспериментальной установки для исследования возможностей компенсации турбулентных искажений светового пучка адаптивным зеркалом представлена на рис.12. Одномодовый пучок второй гармоники неодимового лазера 1 проходил через турбулентную ячейку 2 и фокусировался линзой 3 в кювету с четыреххлористым углеродом (ОВФ-ВРМБ-зеркало) 4. Длины ячейки 2 и кюветы 4 соответственно равны 34 и 20 см, фокусное расстояние линзы - 12 см. Полная энергия пучка Ех после его отражения от зеркала ВРМБ измерялась калориметром 5. Калориметром 6 в сочетании с диафрагмой 7 измерялась энергия Е2 в дифракционном угле излучения, отраженного от ВРМБ-зеркала и прошедшего через турбулентную среду.

В §2.2. анализируется качество коррекции ОВФ — ВРМБ - зеркалом искажений лазерного пучка, обусловленных турбулентностью среды. На рис.9 справа представлены фотографии пучков в фокальной плоскости линзы, соответствующие угловым распределениям исходного (а), искаженного турбулентной средой (б) и скорректированного ВРМБ-зеркалом после прохождения турбулентной среды (в) излучений. Из рис.9 следует, что двукратное прохождение (до и после отражения от ОВФ - ВРМБ - зеркала) излучением через одни и те же неоднородности турбулентной среды привело (в результате коррекции) к уменьшению расходимости рассеянной волны, практически до исходного дифракционного уровня. Соответствующие расчетные распределения рассеянного (без коррекции и с коррекцией возмущений фазового фронта) излучения изображены линиями постоянного уровня интенсивности на рис.9 слева. Графики изменения качества коррекции турбулентных искажений светового пучка в зависимости от безразмерного параметра Вт и структурной характеристики флуктуации диэлектрической проницаемости турбулентной среды изображены на рис.10, где пунктирная кривая соответствует экспериментальным данным, а сплошная - результатам численного расчета. Видно, что точность коррекции падает с увеличением С2«.

Причины уменьшения эффекта коррекции, также как в случае распространения световой волны в дисперсной среде, объясняются тем, что интенсивность периферийной области пучка не превышает пороговый уровень, необходимый для возбуждения ВРМБ. Следовательно для этой части волны не происходит обращение фронта и в результате величина параметра коррекции уменьшается.

Параграф 2.3. посвящен обоснованию и выводу соотношений подобия для лабораторного моделирования работы оптических систем с адаптивной коррекцией в условиях реальной турбулентной атмосферы. Так же, как в §1.2, перенос лазерного излучения в турбулентной атмосфере и в нелинейной среде адаптивной ячейки описывается на основе параболического уравнения для комплексной амплитуды волны с соответствующими граничными условиями. В итоге получено, что процессы распространения пучка излучения в различных турбулентных средах будут подобными, если они характеризуются одинаковыми

значениями следующих параметров подобия: ^

•/. 2 - протяжённость трассы в кха

турбулентной среде, нормированная на дифракционную длину, С = параметр усиления ОВФ-устройства, Вт = 0,3 \С\к{ьг ^ - параметр,

представляющий флуктуации уровня интенсивности излучения в приближении

Рис.9. Угловые распределения интенсивности пучков: а - исходный; б -восстановленный; в - искаженный; слева -расчетные кривые; справа - эксперимент.

Рис.10. Точность коррекции искажений пучка в зависимости от (Г, и безразмерного параметра Вт. Пунктирная кривая-эксперимент; сплошная криавя-расчет._■

метода плавных возмущений,

2 - фокальное расстояние, нормированное

на дифракционную длину.

В §2.4. представлены результаты экспериментального исследования влияния размера апертуры ОВФ — ВРМБ — зеркала на качество компенсации фазовых флуктуаций оптического излучения, обусловленных воздействием на пучок турбулентных неоднородностей. В качестве элемента, моделирующего турбулентную среду использован фазовый экран, замена которым турбулентной

ячейки обоснована равенством расходимости пучка излучения после прохождения указанных устройств. ..

Принципиальная схема экспериментальной установки приведена на рис.11, Одномодовый пучок неодимого лазера 1 проходил через фазовую пластинку, 2, а затем падал на ОВФ-зеркало. Размер апертуры зеркала варьировался при помощи апертурной диафрагмы 3, помещенной перед линзой 4. Линза 4 фокусировала пучок в кювету 5 с четыреххлористым углеродом.

Полная энергия пучка Е] после его отражена от ВРМБ-зеркала измерялась калориметром 6. Калориметром 7 в сочетании с диафрагмой 8 измерялась энергия Е2 отраженного от ВРМБ-зеркала и прошедшего через фазовую пластинку излучения (в угле, близком к дифракционному).. Характерные закономерности, полученные в результате обработки многочисленных экспериментальных данных, представлены на рис.12, где кривые 1,2 описывают зависимость параметра качества коррекции от нормированного на начальный размер пучка размера приемной апертуры ВРМБ-зерката для фазовых пластинок с различными средними размерами неоднородностей (высота неровности И = 5 мкм, расстояние между фазовым экраном и плоскостью приемной апертуры зеркала р 0 = г2—г] = 50 см). Период фазовой решетки равнялся

с/= 300 мкм (кривая 6) и (I =120 мкм (кривая 5). Кривые 3-7 на рис.12 представляют результаты численных расчётов. _■ _

Рис.11. Схема экспериментальной установки: 1-лазер; 2- фазовый экран; 3-диафрагма; 4- линза; 5-ОВФ-зеркало; 6, .7 - калориметры; 8-диафрагма. '

-Л—

г,о ¿а

параметра точности

О Щ С,{ 1,1 и Рис.12. Зависимость

коррекции от' нормированного размера приемной апертуры зеркала при фиксированных

Ь, р0 и различных с/ : 3-7 - расчет; 1,2-

эксперимент._

Из рисунка видно, что экспериментальные кривые 1, 2 лежат близко к кривым 4, 5, полученным для ОВФ сфокусированных в область 0 < г <

пучков, при этом "-в пределах г2 ^ г'< г3 расположена нелинейная среда.

Кривые 6, 7 получены численным решением в предположении, что в пределах ограниченной области имеет место идеальное ОВФ. Из рис.12 видно, что как при ВРМБ сфокусированных пучков, так и при идеальном ОВФ параметр

коррекции падает с уменьшением размера апертуры ОВФ-зеркала. При фиксированном размере апертуры, зеркала в случае ВРМБ сфокусированных пучков параметр точности коррекции может расти с уменьшением периода фазовой решетки, а в случае идеального ОВФ он падает.

В общем случае на обращенную волну; сформированную ВРМБ-зеркалом с ограниченными размерами, действуют два искажающих фактора: дифракция на ограниченной апертуре зеркала и искажения, обусловленные неточностью обращения волнового фронта при ВРМБ (неидеальность обращения). Если бы эти два фактора действовали на обращенную волну независимо друг от друга, то параметр точности коррекции Ег/Е{ зеркала ОВФ-ВРМБ с ограниченными размерами равнялся бы произведению Кх-К2, где - параметр точности коррекции идеального ОВФ-зеркала тех же размеров, а К2 - параметр точности коррекции ВРМБ-зеркала в случае полного перехвата падающего на него излучения. На рис.12 кривой 3 показана зависимость произведения ЛГ, • К2 от Ь/а0 для случая, соответствующего кривой 5 (р0=50 см, И =5 мкм, с/ =300

мкм). Видно, что кривые 5 и 3 не совпадают друг с другом. Таким образом, " указанные выше искажающие факторы нельзя рассматривать независимо друг от друга. , ■ . .. ,

В итоге показано, что дифракция излучения на апертуре ОВФ-ВРМБ-зеркала является важным фактором, влияющим на степень компенсации искажений лазерного пучка, обусловленных турбулентностью. Качество компенсации искажений при ОВФ значительно ухудшается вследствие потери части информации о волновом фронте обращаемого излучения. Получено, что увеличение расходимости излучения, внесенной фазоискажащей средой приводит к уменьшению точности коррекции искажений ОВФ-зеркалом с ограниченными размерами.

В §2.5 этой главы предложен новый способ высококачественной передачи оптических сигналов через случайно - неоднородные движущиеся среды, суть которого состоит в том, что помимо компенсации случайных возмущений фазы волны с помощью ОВФ-зеркала дополнительно осуществляется коррекция искажений пучка, обусловленных, ветровым переносом неоднородной среды, посредством поворота волнового фронта, как целого, на выходе ОВФ - устройства. На рис. 13 приведена блок-схема оптической системы, с помощью которой реализуется предлагаемый способ, где 1 — источник когерентного зондирующего, излучения; 2 - датчик скорости перемещения среды; 3 — устройство, осуществляющее ОВФ и его поворот; 4 -устройство, вносящее информацию в пучок; 5 - приемник оптических сигналов. На рис.14 приведена схема устройства 3, осуществляющего обращение волнового фронта и его поворот, где 6 — нелинейная среда; 7 - плоское зеркало; 8 — устройство, поворачивающее зеркало 7 на заданный угол.. Источник

когерентного излучения 1 формирует зондирующий пучок Ех,

распространяющийся в неоднородной среде по направлению к месту, откуда передается информация. Датчик скорости 2 измеряет скорость У±. Устройство 3 выполняет операции обращения волнового фронта и его поворота на угол ОС = 2Г±/с в сторону перемещения среды.

Рис.13.Способ передачи оптических сигналов через рассеивающие сре ды: 1 -л азер ;2 - датч и к скорости;3-ОВФ-зеркало с поворотом ;4-устройство для информащт;5-приемник сигнала._ ■

Рис.14. Схема ОВФ и поворота его на угол:6-ОВФ-зеркало; 7-плоское зеркало; 8-устройство,

поворачивающее зеркало 7 на заданный угол.

В результате образуется новая волна Е2 ■ Устройство 4 осуществляет модуляцию во времени волны Е2 и вносит в нее информацию. Устройство 5 осуществляет прием излучения и его демодуляцию. При этом на нелинейную среду 6 направляется плоская опорная волна Еъ . С другой стороны нелинейной среды находится зеркало 7, плоскость которого с помощью устройства 8 повернута на угол а = IV^с к плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны Е3 .При отражении от зеркала волны Еъ образуется

другая опорная волна Е4. Зондирующий пучок Ех также падает на нелинейную среду. В результате взаимодействия волн в нелинейной среде образуется волна Е2, которая имеет фронт, совпадающий с волновым фронтом волны Ех и распространяется под углом а навстречу ей. Внесение информации в волну Е2 может осуществляться путем модуляции волны Еъ.

Глава 3 посвящена исследованиям компенсации тепловых (т.е. определяемых тепловым самовоздействием ) искажений светового пучка в движущейся среде с помощью ОВФ - зеркала.

Выбор схемы эксперимента обосновывается в §3.1. Известно, что распространение интенсивных световых пучков в различных средах сопровождается нелинейными эффектами. Самым низкопороговым из этих эффектов является тепловое самовоздействие, которое выражается в рефракции излучения на самоиндуцированной тепловой линзе. Часто при передаче большого потока энергии используется последовательность коротких импульсов. В этом случае тепловое самовоздействие отдельного импульса определяется нагревом воздуха в канале пучка, обусловленного всеми предыдущими импульсами.

На рис. 15 в качестве примера показана схема оптической связи в атмосфере с использованием зеркала ОВФ. Импульс зондирующего лазера 1, работающего в одномодовом одночастотном импульсно-периодическом режиме, распространяется через атмосферу вдоль оси г . Излучение имеет комплексную амплитуду поля Аг. Начало оси г - в плоскости выхода излучения

зондирующего лазера. Искажающая среда располагается в пределах 0 < г < Ц. Зондирующее излучение падает на приемную апертуру телескопа 2, находящуюся в плоскости г = После телескопического сужения пучка в N раз излучение накачки проходит через оптический усилитель 3 с коэффициентом усиления по интенсивности Ку, а затем попадает в активную среду ОВФ-

зеркала 4,находящуюся в пределах Ь2 < 2 < . В активной среде формируется

стоксова волна с комплексной амплитудой Ас. Усиленный пучок с комплексной

амплитудой Ан, имеющий обращенный волновой фронт по отношению к зондирующему пучку, распространяется в атмосфере навстречу этому пучку. В плоскости б,сопряженной с плоскостью 5 выходной апертуры зондирующего лазера, пучок несет полезную информацию и имеет неискаженный волновой фронт. ,

Выбрана модельная схема распространения отдельно взятого корректируемого_. .

-А.

.I I л ._*

---^¿^.З^Г^

Рис.15.Схема оптической связи в атмосфере с использованием ОВФ:1-зондирукмций лазер;2-телескоп;3-усилитель;4-ОВФ-зеркало;5,6- плоскости регистрации. ______

Рис.16. Схема экспериментальной установки: 1-непр. возд. излучение;2-пластина;3-движущаяся поглощающая среда; 4,5,9,10-калориметры; 6-зондирующий лазер;7-линза;8-ОВФ-зеркало;11 -диафрагма; 12-поворотное зеркало.

зондирующего импульса из последовательности импульсов, искажения которого обусловлены нагревом перемещающейся среды вследствие прохождения предыдущих импульсов или взаимодействующего непрерывного излучения. Соотношение подобия для лабораторного моделирования тепловой саморефракции излучения в реальной атмосфере получены в §3.2 и включают следующие параметры в дифракционных длинах: О -коэффициент усиления излучения в ОВФ-зеркале, N -сужение пучка в телескопе, 5 -длина трассы, в -оптическая толщина, Л-параметр нелинейной рефракции.

Данные по экспериментальному исследованию коррекции искажений лазерного пучка при тепловом самовоздействии представлены в §3.3. Схема экспериментальной установки приведена на рис. 16. Непрерывное

(воздействующее) излучение аргонового лазера 1 после прохождения светоделительной пластинки 2 поворотным зеркалом 12 направлялось в кювету 3, имитировавшую перемещающуюся поглощающую атмосферу. Эта кювета была расположена на реверсивной тележке и передвигалась перпендикулярно направлению распространения пучка. Кювета наполнялась этиловым спиртом, подкрашенным фуксином. Мощность излучения аргонового лазера контролировалась измерителем средней мощности 4. Таким же прибором 5 измерялась мощность этого излучения, прошедшего через поглощающую среду., Вследствие поглощения излучения аргонового лазера и нагрева среды в кювете 3 в канале пучка наводилось неоднородное поле показателя преломления. Параллельно пучку аргонового лазера под небольшим углом к оси этого пучка в кювету 3 заводился одномодовый зондирующий пучок второй гармоники импульсного неодимодового лазера 6. Излучение зондирующего лазера распространялось в кювете 3, искажалось в поле показателя преломления, наведенном излучением аргонового лазера. Затем оно фокусировалось линзой 7 в кювету 8 с четыреххлористым углеродом. Пучок стоксовой компоненты, сформированный ОВФ-зеркалом, распространялся навстречу зондирующему излучению. Полная энергия Ех этого пучка до прохождения поглощающей среды измерялась калориметром 9. Калориметром 10 в сочетании с диафрагмой 11 измерялась энергия Е2 в угле близком к дифракционному углу излучения, прошедшего через поглощающую среду. Мерой точности коррекции искажений излучения являлась величина IV — Е2/Е1. В отдельных вспышках каждый из пучков фотографировался. Изображение их получалось в фокальной плоскости линзы, которая ставилась на пути пучка, отведенной от различных участков трассы светоделительной пластинкой.

На рис.17 справа показаны фотографии пучков в фокальной плоскости линзы, соответствующие угловым распределениям зондирующего пучка на входе в поглощающую среду (а), искаженного этой средой (б), а также отраженного от ОВФ-зеркала излучения (стоксовой компоненты) после прохождения искажающей среды (в). Соответствующие данные, полученные в результате численного решения системы уравнений с граничивши условиями, представлены линиями постоянного уровня слева. Из рис.17 видно, что распределение отраженного от ВРМБ-зеркала излучения восстановилось -практически до дифракционного в результате прохождения через искажающую среду. Результаты экспериментов и расчетов хорошо согласуются друг с другом. На рис.18 представлены полученные экспериментально (кривая 1) и теоретически (кривая 2) зависимости параметра точности коррекции IV от отношения длины искажающей среды к характерной длине теплового самовоздействия. Здесь Ех — полная энергия в импульсе зондирующего

| № о*' в а

О <»»'

Рис. 18.Зависимости параметра точности коррекции Ег / Ех и параметра В от I

Ь^/Ьу и Л : 1 - эксперимент; 2,3 - теория; у=0,33см/сек; аЮ.СНсм"1. Кривые 1 и 2-при использовании ОВФ-зеркала; кривая 3-без ОВФ-зеркала. __

излучения после отражения от зеркала ОВФ; Ег - энергия этого же излучения в дифракционном угле; к^ — соответствует дифракционному углу для исходного

зондирующего пучка. Здесь же снизу изображена ось СЖ, где К.'- параметр нелинейной рефракции. Видно, что параметр точности коррекции при увеличении Я незначительно падает. На рис.18 также показана зависимость от Х,/^ отношения О энергии Ег в дифракционном угле к полной энергии Ех прошедшего через искажающую среду излучения в случае, когда ОВФ-зеркало не применялось (кривая 3). Видно, что параметр точности коррекции № выше параметра И при Д /Ьт ^ ОД, хотя £) монотонно падает при Я > 0.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Создана уникальная экспериментальная .установка для изучения возможностей компенсации ОВФ-ВРМБ-зеркалом искажений лазерного пучка в неоднородных средах, моделирующих реальную атмосферу.

2., Впервые получены экспериментальные зависимости параметра компенсации от оптической толщины дисперсной среды, размера и вида частиц. Для случая распространения излучения в средах с частицами среднего диаметра 1г —5; 20; 50 мкм, моделирующих в условиях реальной атмосферы облака, туманы и дожди с оптической толщиной, до т = 2,5 показано, что большая часть энергии скорректированного ОВФ- зеркалом пучка лежит в пределах

Рис. 17. Расчетные (слева) и экспериментальные (справа) угловые распределения излучения; а - на входе в искажающую среду; б - на выходе из искажающей среды; в - после отражения от зеркала на выходе из искажающей среды; масштаб: 0,8 см :2,5П10Ч рад-эксперимент.

дифракционного угла. Выведены соотношения подобия для .моделирования замутненной аэрозолем атмосферы. А 5

3. Количественно исследована проблема распространения лазерного пучка в турбулентной среде с использованием компенсирующего возмущения излучения устройства ОВФ-ВРМБ-зеркала. Показано, что для моделирования в условиях лабораторного эксперимента адаптивной коррекции искажений пучка в турбулентной незамутненной аэрозолем атмосфере, необходимо выполнение

соотношений подобия, включающих параметры у, & =

вт = 0,3101$ 21У*,

Установлено, что искаженный пучок восстанавливается практически до дифракционного качества при изменении безразмерного

параметра в

пределах от 0 до 16,7 .

4. Впервые экспериментально исследована зависимость качества компенсации тепловых искажений отдельного импульса лазера (работающего в частотно-периодическом режиме), наводимых предыдущими импульсами в ; перемещающейся среде. Установлено, что качество коррекции незначительно уменьшается при увеличении параметра нелинейной рефракции К . Показано, что для. лабораторного моделирования атмосферной системы компенсации необходимо выполнение соотношений подобия для параметров О, N 5, 9 , К. Выяснено, что диаметр пучка вследствие тепловых искажений линейно растет, с увеличением коэффициента поглощения тем быстрее, чем меньше скорость поперечного горизонтального ветрового сноса, в то время как диаметр восстановленного пучка оставается почти неизменным при различных характеристиках среды: а = [см"1] - коэффициент поглощения и 0 < а < 0,04;

V — скорость ветрового потока и V =0,03; 3 см/сек.

5. Предложен способ передачи оптических сигналов через рассеивающие движущиеся среды посредством операции ОВФ и поворота его на угол, определяемый скоростью движения среды.

6. Впервые проведены экспериментальные исследования качества коррекции ОВФ-ВРМБ- зеркалом с фокусировкой накачки в схеме с фазовым экраном. Получено, что при фиксированных размерах зеркала параметр Е2/Е1 уменьшается с увеличением высоты неровности (глубины модуляции) неоднородностей фазоискажающей среды. Показано, что !с • уменьшением расстояния между фазовым экраном и зеркалом при прочих равных условиях и эффективном радиусе апертуры зеркала 0,3 5а Ь/а0 <1,2 параметр Е2/Ех

растёт, ачфн 'Ъ/а^ > 1,2 зависимость отсутствует. Установлено, что искажения, обусловленные неточностью - ОВФ при ВРМБ и дифракцией на ограниченной апертуре зеркала, нельзя рассматривать отдельно друг, от друга. _ .

Полученные результаты свидетельствуют о том, что устройства с ОВФ-ВРМБ-зеркалами в схеме с фокусировкой накачки могут эффективно применяться для компенсации искажений волнового фронта оптического пучка не только в чистой атмосфере, но и в случае перемещающейся, замутненной аэрозолем среды, в том числе в условиях самовоздействия лазерного излучения.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

1. Васильев О.И., Лебедев С.С., Семенов Л.П. Компенсация ВРМБ-зеркалом искажений светового пучка в дисперсной среде // Квантовая электроника. — 1987. -Т. 14 № 11.-С. 2347-2348.

2. Васильев О.И., Лебедев С.С., Семенов Л.П. Адаптивная коррекция искажений лазерного пучка в водном аэрозоле // IV Всесоюзное совещание по распространению лазерного излучения в дисперсной среде: Тез. Докл. - 4.2. -Обнинск-Барнаул, 1988.-С. 199-201.

3. Васильев О.И., Лебедев С.С., Семенов Л.П. Нелинейное ослабление короткого лазерного импульса в аэродисперсной среде, содержащей твердые частицы // IV Всесоюзное совещание по распространению лазерного излучения в дисперсной среде: Тез. докл. - 4.2. - Обнинск - Барнаул, 1988. с. 260-262.

4. Васильев О.И., Лебедев С.С., Семенов Л.П. Коррекция зеркалом ОВФ искажений светового пучка в водном аэрозоле // Письма в ЖЭТФ,- 1989,- Т. 15, вып. 4, с. 40-43.

5. Васильев О.И., Лебедев С.С., Семенов Л.П. Экспериментальное исследование компенсации зеркалом ОВФ-ВРМБ искажений лазерного излучения в дисперсной среде // Распространение оптических волн в атмосфере и адаптивная оптика: Сб. научных трудов.-Томск, 1988.-С. 13-16.

6. Васильев О.И., Лебедев С.С., Семенов Л.П. Исследование адаптивной коррекции искажений лазерного пучка в водном аэрозоле // X Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере : Тез. докл. -Томск, 1989.-с. 154. ..

7. Васильев О.Й., Лебедев С.С. Точность коррекции искажений лазерного пучка в турбулентной среде ОВФ-зеркалом // X Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере: Тез. докл. - Томск, 1989. -с. 146.

8. Васильев О.И., Лебедев С.С. Исследование возможностей компенсации ОФБ-ВРМБ-зеркалом тепловых искажений лазерного пучка в перемещающейся среде // X Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере: Тез. докл. - Томск, 1989. - с. 147.

9. Васильев О.И., Лебедев С.С. Коррекция тепловых искажений светового пучка в перемещающейся среде ОФБ-ВРМБ-зеркалом // Оптика атмосферы. — 1990. - Т. 3 № 2.- с. 174-18К

10. Васильев О.И., Лебедев С.С. Компенсация ОВФ- зеркалом атмосферных искажений лазерных пупков. Численное и лабораторное моделирование //

Всесоюзная школа «Лазеры и атмосфера» : Тез. докл., ч. 11. - Обнинск, 1990, - С . 110-115.

11. Васильев О.И., Лебедев С.С. О возможностях компенсации атмосферных искажений лазерного пучка ОФБ-ВРМБ-зеркалом // У1 Всесоюзная конференция «Оптика лазеров»: Тез. докл.-Ленинград, 1990.-с. 251.

12. Васильев О.И., Лебедев С.С. Точность коррекции ВРМБ-зеркалом турбулентных искажений светового пучка //Квантовая электроника. -1990, -Т.17,№3.- с. 336-338.

13. Васильев О.И., Лебедев С.С. Влияние размеров ОВФ-зеркала на качество компенсации им фазовых искажений // 11 Всесоюзная конференция «ОВФ лазерного излучения в нелинейных средах».Тез. докл. - Минск: Институт физики АН БССР, 1990. - с. 304-309.

14. Васильев О.И., Лебедев С.С. Эффективность применения ОФБ-ВРМБ-зеркала для коррекции атмосферных искажений оптического излучения // 11 Всесоюзная конференция «ОВФ лазерного излучения в нелинейных средах». Тез. докл. - Минск: Институт физики АН БССР, 1990. - с. 317-321.

15. Васильев О.И., Лебедев С.С. Качество компенсации атмосферных искажений лазерного пучка ОВФ- зеркалом с ограниченными размерами// ХУ1 Всесоюзная конференция по распространению радиоволн: Тез. докл., ч.2. -Харьков,1990. - с.202. , ,

16. Васильев О.И., Лебедев С.С.» Семенов Л.П. Способ передачи оптических сигналов через рассеивающие среды: Авторское свидетельство № 1590004, СССР, МКИ Н 04 В 10/10.-2с.

17. Васильев О.И., Коломиец Ю.Н., Лебедев С.С., Семенов Л.П. Моделирование ОВФ-коррекции лазерных пучков в атмосфере// Оптика атмосферы. - 1990. - Т. 3, № 12. - с. 1312-1320.

18. Андреев В.А., Васильев О.И., Жук Е.В., Лебедев С.С. ОВФ-коррекция искажений лазерного пучка в среде с дискретными неоднородностями // Тезисы докладов XI Всесоюзного симпозиума по распространению лазерного излучения в атмосфере и водных средах: Тез. докл. - Томск, 1991. - с.143.

19. Васильев О.И., Лебедев С.С. Компенсация фазовых искажений с ограниченными размерами //Оптика атмосферы.-1991.-Т.З, № 2.- С.148-154.

20. Васильев О.И., Лебедев С.С. Эффективность применения ОВФ-ВРМБ-зеркал для компенсации искажений лазерных пучков в атмосфере.//Техника средств связи. Серия: техника радиосвязи. Выпуск 6.-1991 .-с.62-66.

21. Алмаев р.Х., Васильев О.И., Ким Н.С. О повышении эффективности работы оптических измерительных систем в турбулентной атмосфере с помощью ОВФ-устройств.//Тр. Всеросс. конф. по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы, Нальчик, 2006. С. 20-26.

22. Алмаев Р.Х., Васильев О.И., Ким Н.С. Коррекция ОВФ-зеркалом искажений лазерного пучка, обусловленных тепловой рефракцией. //Тр. Всеросс. конф. по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы, Нальчик, 2006. С. 27-31.

Сдано в набор 30.10.06. Подписано в печать 31.10.06. Гарнитура Тайме. Печать трафаретная. Формат 60х841/|6. Бумага писчая. Усл. п.л. 1. Тираж 100. Заказ №¡926.

Типография ФГОУ ВПО «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия»

Лицензия ПД № 00816 от 18.10.2000 г.

г. Нальчик, ул. Тарчокова, 1а

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Васильев, Олег Иванович

ВВЕДЕНИЕ.2

ГЛАВА 1. КОРРЕКЦИЯ ОВФ-ВРМБ-ЗЕРКАЛОМ ИСКАЖЕНИЙ ОПТИЧЕСКОГО ПУЧКА,

ВЫЗВАННЫХ РАССЕЯНИЕМ ВОЛН НА ОБЛАКЕ ЧАСТИЦ.15

§ 1.1. Методики измерения качества коррекции искажений лазерного пучка в неоднородных средах.15

§1.2. Соотношения подобия для лабораторного моделирования компенсации искажений светового пучка ОВФ-ВРМБ-зеркалом для дисперсной среды.24

§1.3. Лабораторное моделирование атмосферных искажений лазерного излучения, вызванных рассеянием частиц.30

§ 1.4. Экспериментальная установка.34

§1.5. Результаты экспериментов по компенсации искажений лазерного излучения в дисперсной среде.44

§1.6. Выводы по главе 1.52

ГЛАВА 2. КОМПЕНСАЦИЯ ИСКАЖЕНИЙ ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА В ТУРБУЛЕНТНОЙ

СРЕДЕ.54

§2.1. Выбор модели турбулентной среды. Схема экспериментальной установки.54

§2.2. Точность коррекции ВРМБ-зеркалом турбулентных искажений лазерного пучка. 59

§2.3. Соотношение подобия для лабораторного моделирования компенсации искажений светового пучка в турбулентной атмосфере.61

§2.4. Компенсация фазовых искажений ВРМБ-зеркалом с ограниченными размерами. 67

§2.5. Способ передачи оптических сигналов через рассеивающие среды.76

§2.6. Выводы по главе 2.83

ГЛАВА 3. КОРРЕКЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ИСКАЖЕНИЙ СВЕТОВОГО ПУЧКА В

ПЕРЕМЕЩАЮЩЕЙСЯ СРЕДЕ ОВФ-ВРМБ-ЗЕРКАЛОМ.84

§3.1. Обоснование выбора модели.84

§3.2. Соотношение подобия лабораторного моделирования компенсации зеркалом ОВФ

ВРМБ тепловых искажений лазерного пучка в перемещающейся среде. 87

§3.3. Результаты экспериментального исследования и сравнения их с расчетными данными.95

§3.4. Выводы по главе 3. 104

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Экспериментальное исследование адаптивной коррекции искажений лазерного пучка в аэрозольных средах"

Оптические квантовые генераторы (лазеры) практически с момента их создания нашли широкое применение в исследованиях по метеорологии, климатологии и физике атмосферы. Лазерные источники, генерирующие высококогерентные пучки излучения различных поперечных размеров, интенсивностей, длин волн стали основным элементом оптических систем мониторинга параметров природных сред, передачи информации, навигации, дистанционного зондирования, локации, работающих в атмосфере или через атмосферу. Поскольку атмосфера не является однородной средой, то ,очевидно, она существенно ограничивает дальнедействие, точностные и информационные возможности перечисленных систем. Действительно, поглощение электромагнитного излучения газовыми компонентами атмосферы, рассеяние и поглощение волны аэрозольными частицами как твердыми, так и жидкими (капли облаков и туманов) значительно ослабляют лазерный пучок, а, следовательно, уменьшают дальность переноса излучения (см., например, [1-4]. С другой стороны, флуктуации поля диэлектрической проницаемости в атмосфере, обусловленные турбулентностью, вызывают случайные неконтролируемые изменения фазового фронта волны, которые в итоге приводят к дополнительному флуктуационному расплыванию пучка, дрожанию его энергетического центра, потере полезной информации [5-9]. Перечисленные проблемы, удостоверяющие факт нежелательного влияния атмосферы на работу оптических систем, стимулировали проведение исследований, направленных на отыскание и разработку методов частичного или полного подавления искажений, вносимых средой в несущий полезную информацию пучок излучения. Указанные исследования проводились главным образом в двух направлениях. Первое - это исследования по увеличению дальнедействия оптических систем за счет подбора длины волны и повышения интенсивности излучения. Второе - исследования, связанные с коррекцией распределения фазового фронта в источнике излучения. Подбор длины волны позволяет минимизировать энергетические потери, обусловленные поглощением [1], а вместе с увеличением интенсивности создавать зоны повышенной прозрачности в облаках и туманах [10,11]. Однако, следует отметить, что при увеличении интенсивности лазерного пучка распространение излучения становится нелинейным, т.е. сопровождается возникновением самоиндуцированных неоднородностей как регулярных (тепловая линза) [9,11], так и случайных [4,9,10,12]. Эти неоднородности приводят, в частности, к дополнительным некомпенсированным возмущениям фазы волны, которые в общем случае необходимо также корректировать. Таким образом, второе направление, связанное с коррекцией фазового фронта, становится весьма актуальным. Существуют два метода коррекции фазового фронта: программный и адаптивный [13-17]. Суть программной коррекции состоит в следующем. По данным о метеопараметрах атмосферы и с использованием физико-математической модели переноса лазерного пучка рассчитываются для конца трассы набеги фазы волны, обусловленные турбулентными пульсациями показателя преломления, либо (при нелинейном распространении) наведенной тепловой линзой. Затем в волновой фронт пучка на излучающей апертуре вносятся предыскажения фазы, которые соответствуют рассчитываемым набегам, но взятым с обратным знаком. В итоге, по идее метода, на конце трассы вносимые предыскажения фазы и набеги фазы, обусловленные неоднородностями среды, должны взаимно компенсироваться. А это означает, что пучок на конце трассы будет нести только полезную информацию. Несмотря на внешнюю привлекательность этого метода, он имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, практически невозможно обеспечить получение оперативной (перед запуском оптической системы) информации о метеопараметрах атмосферы сразу по всей предполагаемой трассе распространения пучка. Поэтому, как правило, используются точечные данные и усредненная оптическая модель атмосферы для данного местоположения системы. Естественно, что это приводит к значительным ошибкам при расчетах набега фазы. Во-вторых, при построении физико-математической модели переноса излучения в атмосфере делается ряд упрощающих предположений, которые также ограничивают точность рассматриваемого метода. Кроме того, численные расчеты распространения излучения в случайно-неоднородной среде, особенно в условиях самовоздействия, требуют значительного времени (даже при использовании современной вычислительной техники), а, следовательно, ухудшается оперативность такого вида коррекции.

Более эффективными методами подавления искажений, вносимых атмосферой в лазерный пучок, считаются адаптивные (иначе «живые», «активные») методы, в которых для управления амплитудно-фазовым распределением поля на излучающей апертуре используется оптическая обратная связь. Существуют два вида адаптивной коррекции:

1. С помощью апертурного зондирования, когда информация об искажении фронта волны на трассе получается в реальном времени методами оптического зондирования (например, в результате анализа рассеянного назад излучения) и затем эта информация используется для формирования поля в источнике.

2. На основе схем с зеркалами, обращающими волновой фронт (зеркала ОВФ). В этом

Зондирующий лазер

Система развязки

Усилитель

Атмосфера

Приемник

Адаптивная система с модуляцией волны

Наземная станция

Земная поверхность

Рис. В. 1. Схема оптической связи. случае информация о неоднородностях в канале связи собирается в реальном времени зондирующим (опорным) пучком, который распространяется навстречу основному пучку. Зондирующий пучок (несущий полную информацию о неоднородностях атмосферы на всей трассе) затем попадает в передающее устройство с зеркалом ОВФ, которое обращает волновой фронт (т.е. создает предыскажения фазы волны с обратным знаком) и усиливает излучение. В созданный таким образом пучок модулятором волны во времени вводится информация, и он распространяется к приемнику точно по тем же неоднородностям, что и зондирующее излучение. В итоге предыскажения волнового фронта и искажения, обусловленные атмосферой, взаимно компенсируются, и на приемник поступает излучение, несущее только полезную информацию. Описанная схема иллюстрируется рис. В.1., на котором представлена система дальней оптической связи в атмосфере с использованием зеркала ОВФ. В состав этой системы входят: маломощный зондирующий лазер (опорный источник); узел развязки; передающее устройство, включающее в себя параболическое зеркало; усилитель; зеркало ОВФ и модулятор, который вносит в пучок необходимую информацию (например, скорость ветра).

Из двух описанных видов адаптивной коррекции в настоящее время наиболее перспективным считается метод с использованием ОВФ - зеркал. Этот метод лишен недостатков, присущих методу апертурного зондирования, к которым относятся неполнота информации о всех видах неоднородностей и неточности оптического зондирования, а также способ задания предыскажений в передатчике с помощью гибких или сегментных зеркал, имеющий ограничения по масштабам создаваемых неоднородностей.

Актуальность работы обусловлена как научным интересом к проблеме переноса лазерного излучения в неоднородных средах различного состава по локационным трассам с ОВФ - зеркалами, так и необходимостью увеличения дальности, информационной и энергетической емкости оптических каналов связи, зондирования, мониторинга параметров природных сред.

Состояние исследований. Но прежде, чем начать обсуждение состояния вопроса по проблеме распространения волн по трассам с зеркалами ОВФ, несколько слов о самом явлении обращения волнового фронта и об устройствах, реализующих ОВФ. В основе явления обращения волнового фронта лежат нелинейные эффекты, относящиеся к классу вынужденных рассеяний (BP), а также процессы трех и четырехволнового взаимодействия.

Вынужденное рассеяние, относящееся к классу нелинейных эффектов, - это рассеяние света на индуцированных самой рассеиваемой волной элементарных возбуждений среды (оптических и акустических фононах, магнонах, электронах, температурных волнах и т.п.). В частности, вынужденное рассеяние Мандельштама - Бриллюэна (ВРМБ) происходит на гиперзвуковых волнах в газах, жидкостях, твердых телах, плазме. Вынужденные рассеяния являются пороговыми эффектами. Они происходят при направлении на среду излучения накачки с интенсивностью, превышающей пороговую. В результате взаимодействия со средой появляются рассеянные волны с частотой, отличной от частоты волны накачки на одну, две и т.д. частоты возбуждаемых в среде колебаний. При этом в рассеянном свете присутствует стоксова (частота меньше частоты накачки) и антистоксова (частота больше частоты накачки) компоненты. Характерными особенностями BP являются, во-первых, то, что интенсивность рассеянных компонент сравнима с интенсивностью излучения накачки, во-вторых, узость диаграммы направленности стоксовых и антистоксовых компонент.

BP обычно наблюдается только в направлениях, попутном или встречном к падающему лазерному пучку (вперед или назад), что объясняется геометрией области взаимодействия. Наиболее удобен на практике эффект воспроизведения накачки в рассеянном излучении при обратном ВРМБ, поскольку оно имеет сравнительно высокую константу усиления и тем самым низкий порог возбуждения BP, а также очень малый сдвиг частоты [17,18]. Оба эти свойства ВРМБ весьма ценны для создания ОВФ - ВРМБ - зеркал. Так как ВРМБ носит пороговый характер, то для достижения порога BP пучок приходится либо фокусировать в нелинейную среду, либо обеспечивать достаточную длину взаимодействия, направляя пучок в световод.

Анализ работ по ОВФ - ВРМБ позволяет сделать выводы по основным условиям, необходимым для реализации ОВФ лазерных импульсов за счет обратного ВРМБ. Эти условия таковы:

1. Использование достаточно мощного лазерного излучения, обеспечивающего достижение полных инкрементов, больших порогового значения.

2. Для получения хорошего качества ОВФ-ВРМБ пучка расходимостью близкой к дифракционной при мощности вблизи порога BP, необходимо сфокусировать его так, чтобы перетяжка оказалась с запасом внутри среды. Для пучков с заметными искажениями желательно, чтобы £»5. Наконец, нужно позаботиться о том, чтобы иметь ^<103 для дискриминации необращенных шумов.

3. Использование оптически прозрачных нелинейных сред, протяженность которых среду перед линзой).

4. Если волновой фронт излучения накачки изменяется во времени, то характерный масштаб такого изменения не должен превышать время релаксации гиперзвука.

5. Поляризация излучения должна быть линейной и одной и той же в любой точке поперечного сечения пучка накачки.

6. Длительность импульса накачки t или время релаксации гиперзвука т должны быть существенно меньше, чем время пробега звука на масштабе продольной корреляции zk Ро - радиус корреляции, - волновое число.

7. Паразитные эффекты, такие, например, как оптический пробой, ВКР, различные фотохимические процессы, попутные ВРМБ, ВТР или тепловое самовоздействие, должны отсутствовать.

Первоначально свойства ОВФ-зеркал были использованы для подавления искажений в резонаторах лазеров. В [17] рассматривается коррекция искажений в двухпроходном усилителе с ОВФ - ВРМБ зеркалом. Влияние геометрических, временных и поляризационных характеристик возбуждающего излучения на режим ОВФ при ВРМБ в схеме с фокусировкой накачки в активное вещество проанализировано в [19].

В типичной схеме генератор-усилитель достигнута практически полная компенсация фазовых искажений сигнала генератора, вносимых элементами усилителя. Результаты экспериментов указывают на возможность практического применения ОВФ в мощных многоканальных лазерных установках [20]. В работе [21] экспериментально исследован характер искажений пространственного спектра обращенного излучения в дальней зоне при наличии апертурных потерь на ОВФ-зеркале. Установлено, что относительная малость размера зеркала ОВФ, а это равносильно потере информации о размере искаженного пучка, приводит к уширению расходимости отраженного назад излучения. К настоящему времени методы ОВФ наиболее детально исследованы для оптического и ближнего ИК-диапазона [22]. Однако их приложения к УФ-диапазону и среднему ИК-диапазону сдерживается отсутствием подходящих нелинейных сред, в то время как для оптического и ближнего ИК-диапазона используют и газы, и жидкости, и твердые тела. должна быть больше длины фокальной перетяжки расстояние линзы, - расходимость излучения нака где F - фокусное

- расходимость излучения накачки, ^0 - диаметр пучка на входе в

Успехи, достигнутые на пути компенсации искажений в лазерных источниках, стимулировали исследование по использованию зеркал ОВФ для уменьшения возмущений при распространении излучения в неоднородных средах (вне резонаторов), в том числе в атмосфере. Особенно существенные результаты были достигнуты в теоретических исследованиях по распространению излучения в неоднородных средах по трассам с отражением от зеркала ОВФ. Рассматривался перенос обращенных волн по трассам в турбулентной атмосфере, а также в условиях самовоздействия (тепловая рефракция, просветление облаков и туманов). Полученные результаты нашли отражение в ряде обзоров и монографий (см., например, [19,23]). В монографии [13] на основе параболического уравнения, принципов Гюйгенса - Кирхгофа и взаимности теоретически изучаются возможности адаптивной коррекции искажений лазерного пучка в турбулентной атмосфере с использованием точечного опорного источника (зондирующее излучение) и широкого опорного пучка. В [13] также рассматривается схема с зеркалом ОВФ при тепловом самовоздействии лазерного излучения в чистой атмосфере. Распространение излучения, отраженного от зеркала ОВФ, в канале просветления облачной среды рассмотрено в работе [24]. Ряд публикаций [25-27] посвящен проблеме переноса излучения по локационным трассам с зеркалом ОВФ в поглощающих и усиливающих случайно - неоднородных средах.

Существенно хуже обстоят дела с экспериментами (как натурными, так и лабораторными) по исследованию компенсации с помощью зеркал ОВФ возмущений, вносимых в лазерный пучок неоднородными средами различного состава, в том числе атмосферой. Публикации на эту тему весьма немногочисленны и в основном касаются проблемы подавления искажений, обусловленных турбулентностью среды. Так в работе [19] объектом, искажающим фазовую структуру волны накачки, являлась среда с искусственной турбулентностью, которая создавалась восходящим потоком горячего воздуха от нагретой до 700 °С нихромовой спирали длиной 100 см. Спираль была натянута на расстоянии 10 см ниже оси пучка накачки. Возможность повышения качества пучка до дифракционного с помощью зеркала ОВФ при распространении излучения в турбулентной атмосфере была продемонстрирована в [28]. Эксперименты проводились на трассе протяженностью 100 м, значение структурной характеристики Сп2 флуктуаций показателя преломления было равно 10'14 см ~2/3 . В работе [29] представлены результаты исследования дисперсии флуктуаций интенсивности лазерного пучка на трассе со слабой турбулентностью при однократном и двукратном (с зеркалом ОВФ) ее прохождении. Длина трассы в экспериментах была равна 300 м, а обращение волны осуществлялась за счет ВРМБ. Было показано, что дисперсия флуктуации интенсивности лазерного пучка на локационной трассе значительно уменьшается за счет эффекта компенсации фазовых искажений при распространении обращенного в устройстве ОВФ излучения через те же неоднородности, через которые прошел пучок по трассе в первоначальном направлении.

В работе [30] исходя из экспериментальных данных показано, что использование ОВФ на основе ВРМБ в жидком ацетоне позволяет произвести коррекцию возмущений пучка, обусловленных индуцированными самим излучением тепловыми неоднородностями. В эксперименте в качестве нелинейных сред использовались кюветы, заполненные чистым материалом с двухпроцентным поглощением света и раствором красителя родамин в метаноле с двадцатипроцентным поглощением. Используемый пучок проходил через кювету, затем отражался от ОВФ - зеркала и распространялся по кювете в обратном направлении. Оказалось, что в кювете с самонаведенными тепловыми неоднородностями расходимость пучка, прошедшего трассу один раз, возрастает в десятки раз по сравнению с первоначальной, а у пучка, прошедшего трассу дважды (до и после отражения от ОВФ -зеркала), расходимость близка к дифракционной.

Из изложенного выше следует, что число экспериментальных работ по адаптивной оптике с использованием ОВФ - зеркал весьма ограничено и не позволяет с высокой степенью достоверности судить об эффективности работы систем с адаптивной коррекцией в реальной атмосфере. Кроме того, вовсе отсутствуют исследования по компенсации возмущений амплитудно - фазового фронта волны, обусловленных аэрозольными частицами, а они, как известно, присутствуют в реальной атмосфере в виде твердых частиц и капель облаков, туманов, дождей [2,31,32]. Далее, для практической реализации конкретных оптических систем с ОВФ - зеркалами требуется также проводить исследования влияния ограниченности приемной апертуры зеркала и нестационарности параметров среды на эффективность функционирования указанных систем.

В связи с вышеизложенным целью настоящей работы являются комплексные экспериментальные исследования:

- возможностей коррекции ОВФ - ВРМБ - зеркалом искажений оптического пучка, вызванных взаимодействием излучения с ансамблем дисперсных частиц;

- эффективности коррекции возмущений лазерного пучка в турбулентной среде зеркалом ОВФ;

- влияния на компенсацию неоднородностей фазового фронта волны ограниченности приемной апертуры ОВФ - ВРМБ - зеркала;

- возможностей подавления ОВФ - зеркалом искажений светового пучка при его тепловом самовоздействии в движущейся среде;

- передачи с минимальными информационными потерями оптических сигналов через рассеивающие и поглощающие среды; а также получения соотношений подобия для лабораторного моделирования работы адаптивной системы (с использованием ОВФ - ВРМБ - зеркала) в реальной атмосфере.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Создана экспериментальная установка для изучения возможностей компенсации ОВФ-ВРМБ-зеркалом искажений лазерного пучка в неоднородных средах, моделирующих реальную атмосферу.

Впервые предложен метод передачи оптических сигналов через рассеивающие перемещающиеся среды.

Определена роль ограниченности приемной апертуры ОВФ-ВРМБ-зеркала в компенсации фазовых искажений светового пучка в неоднородной среде.

Научная и практическая ценность работы определяется тем, что, с одной стороны, полученные новые знания углубляют понимание процессов адаптивной коррекции в дисперсных средах, а с другой стороны, тем, что позволяют оценивать точность и эффективность компенсации искажений, вносимых в лазерный пучок атмосферой, системами с ОВФ - ВРМБ - зеркалами. Использование полученных данных обязательно при разработке высококачественных оптических систем контроля параметров природных сред, зондирования, связи, работающих в атмосфере.

Личный вклад автора. Диссертация является обобщением работ по экспериментальному исследованию адаптивной коррекции искажений лазерного пучка в неоднородных средах. Автором лично была создана экспериментальная установка, разработаны методики измерений, выполнены эксперименты, проводилась обработка и осмысление результатов, теоретические оценки.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на:

IV Всесоюзном совещании по распространению лазерного излучения в дисперсной среде (Обнинск-Барнаул, 1988 г.);

Всесоюзной школе "Лазеры и атмосфера" (Обнинск, 1988 г.),

IV Всесоюзном совещании по атмосферной оптике (Томск, 1988 г.);

Всесоюзной конференции "Обращение волнового фронта лазерного излучения в нелинейных средах" (Минск, 1989 г.);

X Всесоюзном симпозиуме по распространению лазерного излучения в атмосфере (Томск, 1989 г.);

Научно-технической конференции "Проблемы развития спутниковой связи" (Москва, 1989 г.);

IV Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (Ленинград, 1990 г.);

ХУ1 Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (Харьков, 1989 г.); научных семинарах под руководством Б. Я. Зельдовича, В. В. Шкунова (ИПМ АН СССР, Москва, 1987, 1989 г.г.); научном семинаре под руководством И.Г. Зубарева (Москва, ФИАН, КРФ, 1989 г.); конференциях СМУС НПО "Тайфун"( 1985, 1987, 1989 г.г.); выставках НТТМ НПО "Тайфун" и г. Обнинск (1986, 1988 г.г.);

По теме диссертации автором опубликованы 22 работы [39-47,55,66-69,80,90-96], которые представлены в списке литературы.

Защищаемые положения.

4.Искажения оптического сигнала, вызванного рассеянием волн на движущихся неоднородностях, компенсируются с помощью операций обращения волнового фронта и его

5.Точность коррекции уменьшается с увеличением глубины фазовой модуляции падающего излучения и с удалением фазоискажающей среды от ВРМБ-зеркала.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из титульного листа, введения, трех глав, заключения, списка литературы и оглавления. Она содержит 117 страниц машинописного текста, 33 рисунка. Список литературы включает 96 наименований.

Содержание диссертации. Во введении дается краткий обзор результатов теоретических и экспериментальных исследований по проблеме коррекции нежелательных возмущений лазерного пучка, возникающих в процессе работы оптических систем различного назначения в атмосфере. Обосновывается актуальность и практическая значимость темы диссертационной работы. Ставится цель исследований, сформулированы защищаемые положения, кратко излагается содержание работы.

Первая глава посвящена проблеме коррекции ОВФ - ВРМБ - зеркалом искажений оптического пучка, обусловленных рассеянием излучения на ансамбле частиц дисперсной среды. В параграфе 1.1. представлено описание методики регистрации и контроля качества коррекции возмущений лазерного пучка в различных неоднородных средах. Показано, что наиболее адекватным параметром, характеризующим точность коррекции искажений оптического излучения ОВФ - ВРМБ - зеркалами в неоднородных средах, является число Штреля. Приведена методика определения расходимости пучков. В параграфе 1.2. на основе описания распространения лазерного пучка в неоднородной среде и нелинейной среде ОВФ -ВРМБ - зеркала с помощью параболического уравнения квазиоптики получены параметры подобия, позволяющие адекватно моделировать в лабораторных условиях работу оптических систем с адаптивной коррекцией в реальной атмосфере в широком диапазоне изменения характеристик среды. В параграфе 1.3. на основе данных, полученных в 1.2., обосновывается выбор в условиях лабораторного эксперимента различного вида дисперсных сред, моделирующих атмосферные аэрозоли различной микроструктуры со свойственными им функциями распределений, формой и модальными радиусами частиц. В итоге для поворота на угол а =

С, определяемый скоростью движения среды VJ- и света С. экспериментов выбраны три типа модельных сред: водный аэрозоль; частицы корунда и стеклянные шарики в дистиллированной воде. В параграфе 1.4. подробно описана уникальная экспериментальная установка, позволяющая проводить эксперименты по адаптивной коррекции искажений лазерного пучка в дисперсных средах. Результаты экспериментов по компенсации возмущений параметров лазерного излучения в дисперсных средах различного состава представлены в параграфе 1.5. Там же проводится обсуждение результатов и сравнение их с данными численного расчета, а также приводятся зависимости параметра коррекции от характеристик среды и пучка. Главу 1 завершает параграф 1.6., в котором сформулированы основные выводы к ней.

В главе 2 рассматривается задача лабораторного моделирования работы оптических систем с адаптивной коррекцией в турбулентной атмосфере, и ,кроме того, анализируется влияние различных факторов на эффективность функционирования ОВФ - ВРМБ - зеркал. В параграфе 2.1. дано описание экспериментальной установки, которая включает в себя в качестве искажающей случайно - неоднородной среды турбулентную ячейку, а в качестве адаптивной системы используется ОВФ - ВРМБ - зеркало. В этом же параграфе обосновывается возможность моделирования с помощью турбулентной ячейки реальной атмосферной турбулентности с характерными для атмосферы величинами масштабов неоднородностей и структурной характеристики показателя преломления. В §2.2. анализируется качество коррекции ОВФ - ВРМБ - зеркалом искажений лазерного пучка, обусловленных турбулентностью среды. Параграф 2.3. посвящен обоснованию и выводу соотношений подобия для лабораторного моделирования работы оптических систем с адаптивной коррекцией в условиях реальной турбулентной атмосферы. Так же, как и в параграфе 1.2., перенос лазерного излучения в турбулентной атмосфере и в нелинейной среде адаптивной ячейки описывается на основе параболического уравнения квазиоптики с соответствующими граничными условиями. В итоге для адекватного моделирования предложено пять параметров подобия. В параграфе 2.4. представлены результаты экспериментального исследования влияния размера апертуры ОВФ - ВРМБ - зеркала на качество компенсации фазовых флуктуаций оптического излучения, обусловленных воздействием на пучок турбулентных неоднородностей. В качестве элемента, моделирующего турбулентную среду, использован фазовый экран, замена которым турбулентной ячейки обоснована равенством расходимости пучка излучения после прохождения указанных устройств. Показано, что дифракция излучения на апертуре ОВФ -ВРМБ - зеркала является важным фактором, влияющим на степень компенсации искажений лазерного пучка. В предпоследнем параграфе 2.5. этой главы предложен новый способ высококачественной передачи оптических сигналов через случайно - неоднородные движущиеся среды. Суть указанного способа состоит в том, что помимо компенсации случайных возмущений фазы волны с помощью ОВФ - зеркала дополнительно осуществляется коррекция искажений пучка, обусловленных ветровым переносом неоднородной среды, посредством поворота волнового фронта, как целого, на выходе ОВФ -устройства. Выводы ко второй главе сформулированы в параграфе 2.6.

Глава 3 посвящена исследованиям компенсации тепловых (т.е. определяемых тепловым само воздействием ) искажений светового пучка в движущейся среде с помощью ОВФ - зеркала. Выбор схемы эксперимента обосновывается в параграфе 3.1. Соотношения подобия для лабораторного моделирования тепловой саморефракции излучения в реальной атмосфере получены в § 3.2. Данные по экспериментальному исследованию коррекции искажений лазерного пучка при тепловом самовоздействии представлены в параграфе 3.3. Там же проводится сравнение этих данных с результатами численных расчетов, выполненных автором. Выводы к главе 3 приведены в последнем параграфе 3.4.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты работы.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Васильев, Олег Иванович

§3.4. Выводы по главе 3.

Собрана экспериментальная установка для моделирования распространения импульса лазера, работающего в частотно-периодическом режиме, и исследования возможностей компенсации тепловых искажений импульса, наводимых предыдущими импульсами, в перемещающейся среде ОВФ-ВРМБ- зеркалом в схеме с фокусировкой пучка накачки.

Показано, что точность коррекции тепловых искажений лазерного пучка в движущейся среде незначительно падает при увеличении параметра нелинейной рефракции пучка.

Получены соотношения подобия для лабораторного моделирования адаптивной системы компенсации тепловых искажений пучка с ветровой рефракцией.

Показано, что применение ОВФ-ВРМБ-зеркала практически полностью позволяло компенсировать искажения пучка, диаметр его оставался почти неизменным при различных характеристиках среды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе изложены и обсуждены результаты экспериментальных исследований возможностей компенсации искажений лазерного пучка в дисперсной, турбулентной и перемещающейся с тепловым воздействием на нее излучения среде ОВФ-ВРМБ-зеркалом в схеме с фокусировкой накачки [39-47, 55, 66-69, 80, 90-96]. Разработанный комплекс экспериментальных установок позволил получить зависимости параметра точности коррекции от характеристик среды и сравнить их с результатами численного моделирования. Результаты экспериментов и расчетов воспроизводятся и согласуются друг с другом, что подтверждает их правильность. На основе составленной системы уравнений с их граничными условиями введены соотношения подобия для лабораторного моделирования процессов распространения лазерного излучения в условиях реальной атмосферы и нелинейном адаптивном зеркале. В процессе исследований были также разработаны методики измерения качества коррекции искажений пучка в неоднородных средах, проведено обоснование выбора той или иной модели атмосферы и элементов экспериментальной установки.

Сформулируем основные конкретные результаты и выводы из диссертации:

1. Впервые получена экспериментальная зависимость параметра компенсации от оптической толщины дисперсной среды, размера и вида частиц. Параметр компенсации от исследованных параметров частиц зависит незначительно. Для частиц со средним диаметром 27 = 5; 20; 50 мкм в облаках, туманах и дождях с оптической толщиной до т = 2,5 показано, что большая часть энергии ОВФ-скорректированного пучка лежит в пределах дифракционного угла. Выведены пять соотношений подобия для моделирования замутненной аэрозолем атмосферы.

2. Впервые количественно изучена проблема распространения лазерного пучка в турбулентной среде, когда излучение искажается и компенсируется той же искажающей средой с помощью ОВФ-ВРМБ-зеркала. Показано, что достаточно просто адекватно в условиях лаборатории моделировать адаптивную систему компенсации искажений пучка в турбулентной незамутненной аэрозолем атмосфере, необходимо только выполнение пяти соотношений подобия из параметров Q,, В, Q2, zf, G.

При этом искаженный пучок восстанавливается практически до дифракционного качества, а параметр компенсации искажений пучка падает от 0,8 до 0,3 при увеличении безразмерного параметра В от 0 до 16,7 или 0 < с] < I0"7 см'2/3.

3. Впервые исследована экспериментально зависимость точности компенсации тепловых искажений, наводимых предыдущими импульсами в перемещающейся среде единичного импульса лазера, работающего в частотно-периодическом режиме, которая незначительно падает при увеличении параметра нелинейной рефракции пучка R. Показано, что для лабораторного моделирования атмосферной системы компенсации необходимо выполнение двух соотношений подобия G""" = G'""", N""" = №""' при условии выполнения еще трех соотношений подобия по отношению к искажающей среде SM'" =Sam", 0 """ = 9"'"", Rm<> = RamM. Выяснено, что диаметр пучка вследствие тепловых искажений линейно растет с увеличением коэффициента поглощения тем быстрее, чем больше скорость поперечного горизонтального ветрового сноса, в то время как диаметр восстановленного пучка оставался почти неизменным при различных характеристиках среды: а=[см"'] - коэффициент поглощения и 0 < а < 0,04; V - скорость ветрового потока и V =0,03; 1 ;3 см/сек.

4. Предложен способ передачи оптических сигналов через рассеивающие движущиеся среды посредством операции ОВФ и поворота его на угол, определяемый скоростью движения среды.

5. Впервые проведены экспериментальные исследования параметра точности коррекции зеркалом ОВФ-ВРМБ с фокусировкой накачки в зависимости от характеристик фазового экрана. При фиксированных размерах зеркала параметр Е2/Е1 уменьшается с увеличением высоты неровности (глубины модуляции) неоднородностей фазоискажающей среды, но при одном значении высоты неровности параметр Ег\Ех с увеличением размера приемной апертуры зеркала растет до Ь/а0 «1,2, а потом выходит на насыщение. Показано, что с уменьшением расстояния между фазовым экраном и зеркалом при прочих равных условиях и эффективном радиусе апертуры зеркала 0,3 < Ь/а0 < 1,2 параметр Е2/Е1 растет, а при Ь/а0 > 1,2 зависимость отсутствует. Показано, что два искажения, обусловленные неточностью ОВФ при ВРМБ и дифракцией на ограниченной апертуре зеркала, нельзя рассматривать отдельно друг от друга.

Полученные результаты позволяют надеяться на то, что ОВФ-ВРМБ-зеркала в схеме с фокусировкой накачки могут эффективно применяться не только для компенсации искажений волнового фронта оптического пучка в чистой атмосфере, но и в случае перемещающейся замутненной аэрозолем среды с воздействием на среду импульса лазера.

Автор выражает благодарность соавторам доктору физико-математических наук Семенову Л.П. и кандидату физико-математических наук Лебедеву С.С., безмерно благодарен за оказанную огромную помощь в постановке задач и обсуждении результатов научному руководителю доктору физико-математических наук Алмаеву Р.Х. и научному консультанту доктору физико-математических наук Киму Н.С., без участия которых в принципе невозможно было появление на свет данной работы. Автор также благодарен кандидату физико-математических наук Иванову В.Н. и другим сотрудникам ИЭМ, прямо или косвенно способствовавшим выполнению настоящей работы.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Васильев, Олег Иванович, Нальчик

1. Зуев В.Е., Комаров B.C. Современные проблемы атмосферной оптики. Т.1. Статистические модели температуры и газовых компонент атмосферы.-Л.:Гидрометеоиздат, 1986.-364 с.

2. Зуев В.Е., Креков Г.М. Современные проблемы атмосферной оптики. Т.2. Оптические модели атмосферы. Л.:Гидрометеоиздат, 1986.-256 с.

3. Зуев В.Е., Макушкин Ю.С., Пономарев Ю.Н. Современные проблемы атмосферной оптики. Т.З. Спектроскопия атмосферы. Л.:Гидрометеоиздат, 1987.-247 с.

4. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Современные проблемы атмосферной оптики. Т.4. Оптика атмосферного аэрозоля. Л.:Гидрометеоиздат, 1986.-256 с.

5. Татарский В. И. Распространение волн в турбулентной атмосфере М.: Наука, 1967.-548 с.

6. Гурвич А.С., Кон А.И., Миронов В. Л., Хмелевцов С.С. Лазерное излучение в турбулентной атмосфере. М. Наука, 1976 - 278 с.

7. Рытов С.М., Кравцов Ю.А, Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Ч.1.-М.:Наука, 1978.-464 с.

8. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Современные проблемы атмосферной оптики. Т.5. Оптика турбулентной атмосферы. Л.:Гидрометеоиздат, 1988.-270 с.

9. Воробьев В.В. Тепловое самовоздействие лазерного излучения в атмосфере. Теория и модельный эксперимент. М.: Наука, 1987.-200с.

10. Волковицкий О.А., Седунов Ю.С., Семенов Л.П. Распространение интенсивного лазерного излучения в облаках. Л : Гидрометеоиздат. 1982. - 312 с.

11. П.Зуев В.Е., Землянов А.А., Копытин Ю.Д. Современные проблемы атмосферной оптики. Т.6. Нелинейная оптика атмосферы. Л.:Гидрометеоиздат, 1989.-256 с.

12. Алмаев Р.Х. Статистические характеристики лазерного излучения и капельной аэрозольной среды при нелинейном взаимодействии. Дисс. докт. ф.-м. н.Обнинск: 1990.-392 с.

13. Лукин В. П. Атмосферная адаптивная оптика. Новосибирск : Наука, 1986.-248 с.

14. Ахманов С. А. , Воронцов М.А., Кандидав В.П. и др. Тепловое самовоздействие световых пучков и методы его компенсации // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1980.-Т.23, № 1, - С.1 -37.

15. Обращение волнового фронта в нелинейных средах./ Под ред. В.И. Беспалова. -Горький: ИПФ АН СССР, 1982. -124 с.

16. Адаптивная оптика. / Под ред. Д. Фрида. М.: Мир, 1980.-456 с.

17. Зельдович Б.Я., Пилипецкий Н.Ф., Шкунов В.В. Обращение волнового фронта. М. : Наука, 1985.-240 с.

18. Ерохин А.И., Ковалев В.И., Файзуллов Ф.С. Измерение параметров нелинейного отклика жидкостей в области акустического резонанса методом невырожденного четырехволнового взаимодействия // Препринт № 7 / М.: ФИАН СССР, 1986 -23 с.

19. Басов Н.Г., Ефимков В. Ф., Зубарев И.Г. и др. Влияние некоторых параметров излучения на обращение волнового фронта накачки в «бриллюэновском» зеркале.// Квантовая электроника- 1979 Т.6. № 4. с. 765-771.

20. Басов Н.Г., Ефимков В. Ф., Зубарев И.Г. и др. О мощных лазерных системах с обращением волнового фронта // Изв. АН СССР. Серия физическая. 1987.- Т. 51, № 51, №2.-С. 323-329.

21. Аникеев И. Ю., Гордеев А.А., Зубарев И.Г. и др. Компенсация фазовых искажений ОВФ- зеркалом при наличии апертурных потерь// Письма в ЖЭТФ. 1987. - Т . 46, вып. 9.-С. 351-353.

22. Андреев Н.Ф., Беспалов В.И., Бетин А.А. и др. ОВФ- зеркала на гиперзвуке и перспективы их использования для создания адаптивных лазерных систем // Изв. АН СССР.Сер. физическая.- 1984.-№28-с. 1619-1625.

23. Беспалов В.И., Пасманик Г.А. Нелинейная оптика и адаптивные лазерные системы. -М. Наука: 1986. 134 с.

24. Алмаев Р.Х., Лебедев С.С. Распространение излучения, обращенного от зеркала ОВФ, в канале просветления облачной среды. III Всесоюзное совещание по распространению лазерного излучения в дисперсной среде. Тезисы доклада.-Обнинск.1985.Ч.4.С.54-56.

25. Алмаев Р.Х., Суворов А.А. Распространение оптического излучения по трассе с отражением в поглощающих случайных средах. Международная конференция «Прикладная оптика-98».Тезисы доклада.-С.-П.:1998.- С. 138.

26. Алмаев Р.Х., Суворов А.А. Отражение оптического излучения в поглощающей случайно-неоднородной среде. Изв. РАН.Физика атмосферы и океана.-2000.Т.36.№2. С.240-249.

27. Алмаев Р.Х., Суворов А.А. Усиление обратного рассеяния лазерного излучения в среде с флуктуациями мнимой части диэлектрической проницаемости. Кв. электр.-2001 .Т.31 .№4.С.357-362.

28. Lind R. С., Dunning G. J. Real- time compensation of atmospheric turbulence by nonlinear phase conjugation demonstrated // Laser Focus / Electrooptics, Technoloqy news. 1983. -T.19, N 19. P. 14-16.

29. Габриелян B.J1., Казарян P.A., Рылов Г.Е. ОВФ второй гармоники зондирующего атмосферу излучения на ИАГ // Квантовая электроника. 1987. - Т. 14, № 4 .-С 879881.

30. Wetterer Charles J., Schlonka Lee P., Kramer Mark A. Correction of thermal blooming by optical phase conjugation // Opt. Lett. 1989. -T. 14, № 16. - P. 874-876.

31. Ким H.C. Искусственная кристаллизация в переохлажденных облачных средах. С.-П.:2000.-273 с.

32. Калов Х.М. Физические основы, создание и экспериментальное исследование эффективности нового комплекса технических средств и методов активных воздействий на облака и туманы. Дисс. д.-ф. н. Нальчик:2002.-273 с.

33. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно- неоднородных средах// 4.2. -М.: Мир, 1981,-320 с.

34. Матвеев Л.Г. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы.-Л.: Гидрометеоиздат, 1984.-751 с.

35. Тараненко В.Г., Шанин О.И. Адаптивная оптика. М.: Радио и связь, 1990. - 112 с.

36. Воронцов М.А., Шмальгаузен В.И. Принципы адаптивной оптики. М. Наука, 1985. -336 с.

37. Лукьянов Д.П., Корниенко А.А., Рудницкий Б.Е. Оптические адаптивные системы / Под ред. Проф. Д.П. Лукьянова. М.: Радио и связь, 1989. - 240 с.

38. Павлова Л.Н. О влиянии параметров оптической схемы на измерение показателя ослабления света // Труды ИЭМ. Обниск, 1970. - Вып. 70. - с. 22-28.

39. Васильев О.И., Лебедев С.С., Семенов Л.П. Компенсация ВРМБ-зеркалом искажений светового пучка в дисперсной среде // Квантовая электроника. 1987. - Т. 14 № 11.-С. 2347-2348.

40. Васильев О.И., Лебедев С.С., Семенов Л.П. Коррекция зеркалом ОВФ искажений светового пучка в водном аэрозоле// Письма в ЖЭТФ,- 1989,-Т. 15, вып. 4, с. 40-43.

41. Васильев О.И., Лебедев С.С., Семенов Л.П. Исследование адаптивной коррекции искажений лазерного пучка в водном аэрозоле // X Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере : Тез. докл. Томск, 1989. - с. 154.

42. Васильев О.И., Лебедев С.С. Компенсация ОВФ- зеркалом атмосферных искажений лазерных пучков. Численное и лабораторное моделирование // Всесоюзная школа «Лазеры и атмосфера» : Тез. докл., ч. 11. Обнинск, 1990, - С. 110-115.

43. Васильев О.И., Лебедев С.С. О возможностях компенсации атмосферных искажений лазерного пучка ОФБ-ВРМБ-зеркалом // У1 Всесоюзная конференция «Оптика лазеров»: Тез. докл. Ленинград, 1990.- с. 251.

44. Протопопов В.В., Устинов Н.Д. Лазерное гетеродинирование / Под ред. Н.Д. Устинова. М.: Наука, 1985. - 238 с.

45. Кирокосянц В.Е., Логинов В.А. Анализ качества обращения волнового фронта при наличии шума//Квантовая электроника. 1984.-Т. 14,№4-с. 795-800.

46. Высотина Н.В., Розанов Н.Н., Семенов В.Е. Об эффективности двухчастотного фазового сопряжения для протяженных неоднородных трасс // Оптика и спектроскопия. Т. 60, вып. 5-е. 1083-1087.

47. Поповичев В.И., Рагульский В.В., Файзуллов Ф.С. Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна при широком спектре возбуждающего излучения // Письма в ЖЭТФ. 1974. Т. 19, вып.6. - с. 350-355.

48. Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин А.С. введение в статистическую радиофизику и оптику. М.: Наука, 1981,-640 с.

49. Лебедев С.С. Отраженный от зеркала ОВФ световой импульс в случайно-неоднородной среде // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1988. - Т. XXXI, № 4. - С. 439-445.

50. Белостоцкий Б.Р., Любавский Ю.В., Овчинников В.М. Основы лазерной техники. Твердотельные ОКГ. / Под ред. Акад. A.M. Прохорова. М.: Советское радио, 1972. -408 с.

51. М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. М.: Наука, 1973. - 720 с.

52. Старунов B.C., Фабелинский И.Л. Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна и вынужденное энтропийное (температурное) рассеяние света // УФН. 1969.-Т.98, вып.З.-с. 441-491.

53. Серов Р.В. Исследование самофокусировки излучения неодимого и рубинового лазеров. Дисс. канд. физ. мат. наук. - М.: ФИАН СССР. 1973. -150 с.

54. Васильев М.В., Сидорович В.Г. О качестве обращения волнового фронта световой волны и выделенной по интенсивности плоской составляющей // Опт. И спектроскопия, 1985.-Т. 58, вып.б.-с. 1378-1380.

55. Носач О.Ю., Поповичев В.И., Рагульский В.В., Файзулов Ф.С. Компенсация искажений в усиливающей среде с помощью «бриллюэновского» зеркала // Письма в ЖЭТФ.- 1972.-Т. 16,№ 111.-С 617-621.

56. Галюмирян А.Л., Мамаев А.В., Пилипецкий Н.Ф. и др. Обращение волнового фронта слабых сигналов, сдвинутых по частоте при ВРМБ// Оптика и спектроскопия. 1981. -Т. 51, вып.2.-с. 204-207.

57. Рагульский В.В. Обращение волнового фронта при вынужденном рассеянии света. -М.: Наука, 1990.-184 с.

58. Зельдович Б.Я., Поповичев В.И., Рагульский В.В., Файзуллов Ф.С. О связях между волновыми фронтами отраженного и возбуждающего света при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна // Письма в ЖЭТФ. 1972. - Т. 15, вып. 3. - с. 160-164.

59. Коломиец С.М. Погрешность измерения счетчиков аэрозоля // 111 Всесоюзное совещание по распространению лазерного излучения в дисперсной среде: Тез. докл., Ч 111.- Обнинск: ИЭМ, 1985. с. 92-95.

60. Васильев О.И., Лебедев С.С. Точность коррекции ВРМБ-зеркалом турбулентных искажений светового пучка // Квантовая электроника. -1990, Т. 17, № 3 .- с. 336-338.

61. Васильев О.И., Лебедев С.С. Компенсация фазовых искажений с ограниченными размерами//Оптика атмосферы. 1991.-Т. 3, №2.-С. 148-154.

62. Васильев О.И., Лебедев С.С. Коррекция тепловых искажений светового пучка в перемещающейся среде ОВФ-ВРМБ-зеркалом // Оптика атмосферы. 1990. - Т. 3 № 2.-с. 174-181.

63. Васильев О.И., Коломиец 10.Н. Лебедев С.С., Семенов Л.П. Моделирование ОВФ-коррекции лазерных пучков в атмосфере // Оптика атмосферы. 1990. - Т. 3, № 12. -с. 1312-1320.

64. Стробен Д. Распространение лазерного пучка в атмосфере. М.: Мир 1981, - 414 с.

65. Гурвич А.С., Каллистратова М.А., Мартвель Ф.Э. Исследование сильных флуктуации интенсивности света в турбулентной среде при малом волновом параметре // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1977. - Т. 20 №7, - с. 1020-1031.

66. Deardorff J. W., Willis G. E. Investigation of turbulent thermal convection between horizontal plates // J. Fluid Mech. 1967. - Vol. 28, № 4. - P. 675-704.

67. Garon A. M., Goldstein R. J. Velocity and heat transfer measurements in thermal convection // Phis. Fluids. 1973. -Vol. 16, № 11. - P. 1818-1825.

68. Агровский B.C., Воробьев В.В., Гурвич А.С. и др. Тепловое самовоздействие лазерного излучения в турбулентной среде // Квант. Электроника. 1980. - Т.7, № 1. -с. 59-65.

69. Монин А.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. М. : Наука, 1967. - Т .2. -280 с.

70. Агровский Б.С. Экспериментальное моделирование распространения мощного когерентного излучения в неоднородной среде: Дисс. . канд. физ.-мат. наук. М. : 1985.-146 с.

71. Таблицы физических величин: Справочник/ Под ред. Акад. И. К. Кикоина. М. : Атомиздат, 1976.- 1008 с.

72. Седов J1 .И. Методы, пособия и размеренности в механике. М.: Наука, 1972. - 440 с.

73. Половинкин А. В., Саичев А. И. Ограниченность приемной апертуры ОВФ-зеркала в турбулентной среде // Изв. ВУЗов. Радиотехника, 1988. Т. 21, № 4. - с. 433-440.

74. Васильев О.И., Лебедев С.С. Влияние размеров ОВФ-зеркала на качество компенсации им фазовых искажений // 11 Всесоюзная конференция «ОВФ лазерного излучения в нелинейных средах». Тез. докл. Минск: Институт физики АН БССР, 1990. - с. 304309.

75. Заворотный В.У., Кляцкин В.И., Татарский В.И. Сильные флуктуации интенсивности электромагнитных волн в случайно- неоднородных средах // ЖЭТФ, 1977. -Т. 73, вып. 2 (8).-с. 481-497.

76. Половинкин А.В., Саичев А.И. Отражение волны от зеркала, обращающего волновой фронт в среде с движущимися крупномасштабными неоднородностями// Радиотехника и электроника, 1974.-Т. 29, №2.-с. 193-198.

77. Орлов В.М., Матвиенко Г.Г., Самохвалов И.В. и др. Применение корреляционных методов в атмосферной оптике. Новосибирск : Наука, 1983. - 180 с.

78. Миронов В.Л. Распространение лазерного пучка в турбулентной атмосфере. -Новосидирск : Наука, 1981.- 246 с.

79. Гарифуллин К.К. Изменчивость ветра в свободной атмосфере. Л. Гидрометеоиздат, 1967.- 143 с.

80. Агровский Б.С., Воробьев В.В., Каллистратова М.А. и др. Численное и экспериментальное моделирование теплового самовоздействия лазерных пучков на трассе с переменной скоростью движения среды // Квант, электроника, 1978. Т. 5, № 6. — с. 1341-1348.

81. Воробьев В.В. Тепловое самовоздействие лазерных пучков на неоднородных атмосферных трассах// Изв. ВУЗов. Физика, 1977. Т. 20, № 11.-е. 61-78.

82. Копытин Ю.Д., Сорокин Ю.М., Скрипкин A.M. и др. Оптический разряд в аэрозолях. Новосибирск: Наука, 1990. - 159 с.

83. Мак А.А., Малинин Б.Г., Яшин В.Е. Некоторые проблемы применения обращения волнового фронта в твердотельных лазерных системах. Изв. АН СССР. Физическая, 1990. - Т. 54, № 6. - с. 1026-1035.

84. Васильев О.И., Лебедев С.С. Точность коррекции искажений лазерного пучка в турбулентной среде ОВФ-зеркалом // X Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере: Тез. докл. Томск, 1989. - с. 146.

85. Васильев О.И., Лебедев С.С. Исследование возможностей компенсации ОВФ-ВРМБ-зеркалом тепловых искажений лазерного пучка в перемещающейся среде // X Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере: Тез. докл.-Томск, 1989.-с. 147.

86. Васильев О.И., Лебедев С.С. Качество компенсации атмосферных искажений лазерного пучка ОВФ- зеркалом с ограниченными размерами// ХУ1 Всесоюзная конференция по распространению радиоволн: Тез. докл., ч.2. Харьков, 1990. с.202.

87. Васильев О.И., Лебедев С.С., Семенов Л.П. Способ передачи оптических сигналов через рассеивающие среды. Авторское свидетельство № 1590004, СССР, МКИ Н 04 В 10/10.-2 с.

88. Васильев О.И., Лебедев С.С. Эффективность применения ОВФ-ВРМБ-зеркала для компенсации искажений лазерных пучков в атмосфере.//Техника средств связи. Серия техника радиосвязи. Вып. 6.-1991.-С.62-66.

89. Алмаев Р.Х., Васильев О.И., Ким Н.С. Коррекция ОВФ-зеркалом искажений лазерного пучка, обусловленных тепловой рефракцией. //Труды Всероссийской конференции по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы. -Нальчик, 2006.

Информация о работе

Васильев, Олег Иванович
кандидата физико-математических наук
Нальчик, 2006
ВАК 25.00.30

Диссертация

Экспериментальное исследование адаптивной коррекции искажений лазерного пучка в аэрозольных средах - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы