Апертурные эффекты стохастизации лазерного излучения в приземной атмосфере тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Маганова Мария Сергеевна

АПЕРТУРНЫЕ ЭФФЕКТЫ СТОХАСТИЗАЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЕ

01 04 05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2005

Работа выполнена на кафедре оптики и спектроскопии физического факультета Московского государственного университета им М В Ломоносова.

Научный руководитель Доктор физ -мат наук, профессор

Короленко Павел Васильевич (кафедра оптики и спектроскопии физического факультета МГУ)

Официальные оппоненты Доктор физ -мат наук

Саркаров Ниджеф Экбербубаевич (Троицкий институт термоядерных и инновационных исследований)

Кандидат физ -мат наук, доцент Вологдин Александр Георгиевич (кафедра физики атмосферы физического факультета МГУ)

Ведущая организация Научный центр волновых исследований Института общей физики им А М Прохорова РАН

Защита состоится «/¿» ,jucv-& 2005 г в 15 часов на заседании Специализированного Совета Д 501 001 45 в Московском государственном университете им M В Ломоносова по адресу 119992, г Москва, Воробьевы горы, НИИ ядерной физики им Д В Скобельцына, МГУ, 19-й корпус, ауд 2 15

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ

Автореферат разослан «!к » О- ^2005 г

Ученый секретарь Специализированного Совета, доктор физ -мат наук

м^ч mous

f>

Апертурные эффекты стохастизации лазерного излучения в приземной атмосфере 3

Обшая характеристика работы

В настоящее время сохраняют актуальность исследования, связанные с распространением лазерного излучения в приземной атмосфере Изучение физических эффектов, которые сопутствуют распространению лазерных пучков, имеет большое значение для совершенствования оптических систем связи, локации, а также разнообразных метрологических и лидарных устройств Несмотря на то, что этим вопросам посвящены многочисленные публикации, целый ряд явлений, важных с теоретической и практической точек зрения, оказался слабоизученным К ним можно отнести апертурные эффекты при распространении лазерных пучков в приземной атмосфере с изменяющимся состоянием турбулентности Апертура пучков существенным образом влияет на структуру флуктуации излучения, проявляющуюся в пространственно-временных изменениях интенсивности, фазы и смещениях «центра тяжести» пучков Весьма сложный и далеко не изученный характер это влияние имеет в условиях неоднородности турбулентных процессов, развивающихся в атмосфере большого города При этом не ясно, можно ли свести учет неоднородности турбулентности в приземном воздушном слое к небольшим поправкам к известным закономерностям определяющим связь между турбулентностью и уровнем флуктуаций, или же требуется серьезный пересмотр основных теоретических положений, определяющих распространение лазерного пучка в открытых каналах Исследования апертурных эффектов при распространении лазерного излучения по атмосферным трассам позволяет, в свою очередь, получить важную информацию об особенностях и изменениях структуры мелкомасштабной турбулентности

Цель диссертационной работы состоит в многопараметрическом анализе апертурных эффектов стохастизации лазерного излучения на приземных городских трассах при различных состояниях атмосферной турбулентности Работа предполагает решение двух взаимосвязанных задач Первая из них заключается в получении, обработке и сопоставлении экспериментальных данных, характеризующих в широком наборе метеопараметров флуктуационную структуру лазерных пучков с различной апертурой Вторая задача состоит в поиске возможности теоретических оценок трансформации характеристик лазерного излучения при изменении свойств атмосферной турбулентности При решении указанных задач особое внимание уделяется анализу эффектов, связанных со случайными смещениями лазерных пучков на i ^ (!• ' Н*ац! Й АЛ Ь НА Я 1

CHCIMA'

Научная новизна результатов

КИСЛИОТЕКА I

В диссертационной работе впеовые на городских ЬриземЮ^дНюси»»^^ | условиях неустойчивости атмосферной турбулентности экспериментально

определены зависимости, характеризующие влияние на процессы стохастизации излучения апертуры лазерных пучков Для теоретического описания наблюдаемых эффектов и интерпретации установленных закономерностей предложены подходы, позволяющие адаптировать известные представления о стохастизации излучения в атмосфере с однородными и изотропными турбулентными процессами для случая перемежающейся турбулентности

Положения, выносимые на защиту

1 Реализованная при проведении исследований оптическая схема экспериментального стенда с атмосферной трассой, а также разработанные методики регистрации и обработки данных о флуктуациях излучения позволяют осуществлять анализ и сравнение статистических характеристик излучения для различных параметров атмосферных трасс

2 В условиях стационарных характеристик турбулентности с увеличением апертуры коллимированьых лазерных пучков имеет место постепенное усложнение пространственной структуры излучения от квазирегулярной к спеклоподобной При этом поведение центров тяжести пучков соответствует основным теоретическим представлениям относящихся к модели однородной и изотропной турбулентности

3 Спорадическая стохастизация лазерного пучка, являющаяся следствием перемежаемости мелкомасштабной турбулентности, характеризуется резким увеличением дисперсии локальных флуюуаций интенсивности и существенными искажениями амплитудно-фазового профиля, в то же время влияние перемежаемости турбулентности на флуктуации центра тяжести пучка проявляются гораздо слабее Время пребывания пучка в стохастическом состоянии в сильной степени зависит от апертуры пучков и резко увеличивается, если число Френеля трассы превосходит единицу

4 Даже слабые осадки на трассе в виде снега или дождя значительно уменьшают случайное блуждание пучка в плоскости приемной апертуры При этом в спектре смещений пучка усиливаются низкочастотные колебания

5 Интерпретация наблюдаемых апертурных эффектов, влияющих на характер спорадической стохастизации излучения возможна на основе расчетных соотношений, справедливых для модели однородной и изотропной турбулентности, в предположении, что основное влияние на стохастизацию световых пучков оказывает изменение внутреннего масштаба турбулентности

Достоверность результатов

Достоверность результатов обеспечивается тщательной проработкой методик измерений, многократностью проводимых экспериментов, согласием экспериментальных результатов с данными теоретического анализа и -современными знаниями о турбулентной атмосфере и процессах распространения в (гей световых волн

Практическая значимость

Практическая значимость работы определяется возможностью использования полученных в ней результатов для оптимизации характеристик разнообразных метрологических, локационных и навигационных устройств, а также систем связи, использующих открытые каналы распространения излучения Кроме того, разработанные методики могут найти применение в системах, обеспечивающих лазерный мониторинг состояния приземной атмосферы

Апробация результатов

Основные результаты работы докладывались на конференциях ICONO '95, Санкт-Петербург, (1995), «Лазерные технологии - 98», Шатура, (1998), Nineteenth International Laser Radar Conference, Maryland, USA, (1998), «Прикладная оптика '98», Санкт-Петербург, (1998), «Распространение радиоволн», Казань,

(1999); 20 International Laser Radar Conference abstracts (IPSL), Vichy, France,

(2000); «0птика-2000», Санкт-Петербург, (2000), VIII Join International Symposium "Atmospheric and ocean optics. Atmospheric physics", Иркутск, (2001), «Оптика-2001», Санкт-Петербург, (2001), всероссийской школе-семинаре «Волновые явления в неоднородных средах», Красновидово, МО, (2002), «0птика-2003», Санкт-Петербург, (2003); «ВНКСФ-10», Москва (2004), всероссийской школе-семинаре «Волновые явления в неоднородных средах», п-т Университетский, МО, (2004), «Ломоносов-2004», Москва (2004)

Полученные научные результаты отражены в 25 публикациях (из них 15 -тезисы докладов) Некоторые из используемых в работе методов обработки данных получили освещение в изданном монографическом учебном пособии Список опубликованных работ приведен в конце автореферата

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 102 страницах Она состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 102 наименований, содержит 23 рисунка, 2 таблицы.

Содержание работы

Введение

Во введении содержится обоснование актуальности выбранной темы, излагаются цели диссертационной работы сформулированы основные положения выносимые на защиту, приводятся сведения об апробации результатов работы и о публикациях автора

Первая глава

В первой главе, представляющей литературный обзор по теме работы, рассмотрены результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния геометрии атмосферных трасс и характеристик среды распространения на структуру флуктуации лазерного излучения Проанализированы литературные сведения, относящиеся к особенностям турбулентных процессов в приземном воздушном слое Рассмотрены наиболее общие подходы к теоретическому описанию взаимодействия излучения с турбулентной средой Обсуждается согласованность теоретических представлений с результатами экспериментов Обзор завершается анализом проблем и вопросов, слабо освещенных в литературе

Вторая глава

Вторая глава диссертации посвящена описанию экспериментального стенда и методики измерений Экспериментальный стенд включает горизонтальную и наклонную атмосферные локационные трассы, построенные с использованием зданий МГУ на Воробьевых горах (см рис 1) Такие трассы характерны для городского ландшафта

Приемная и передающая аппаратура размещены на высоте 25 м от поверхности Земли На этой же высоте проходит горизонтальная трасса Отражающее зеркало наклонной трассы располагается на высоте 165 м от поверхности Земли Длина горизонтальной трассы в одном направлении составляет 280м, наклонной - 320м

В качестве источника непрерывного излучения использовался одномодовый гелий-неоновый лазер, работающий на длине волны /. = 0,63 мкм Лазерный пучок попадал в атмосферу, пройдя формирующий телескоп, уменьшающий угловую расходимость излучения Пучок, пришедший с трассы, через принимающий телескоп направлялся в устройство, обеспечивающее регистрацию амплитудно-фазовых характеристик светового поля

Приемная и передающая апертуры горизонтальной и наклонной трасс были пространственно разнесены на 30 см Это исключало перекрытие пучков на локационной трассе, распространяющихся в противоположных направлениях, и позволяло не учитывать эффект «усиления флуктуации», возникающий в перекрывающихся световых полях

Локальные флуктуации интенсивности прошедшего трассу пучка регистрировались с помощью фотодиода Была предусмотрена также возможность производить синхронную регистрацию видеоизображений и аналоговых сигналов изменений интенсивности Для регистрации фазовых характеристик служил сдвиговый интерферометр типа Маха-Цандера Зарегистрированные аналоговые сигналы и видеоизображения направлялись в компьютер для определения статистических характеристик излучения

Рис. 1. Расположение приземных лазерных локационных трасс (белые линии) в районе Московского государственного университета им М В Ломоносова а -входная и выходная апертуры, , Ъг - отражающие зеркала аЬ} -горизонтальная, аЬ2 - наклонная трассы

Для получения статистических данных аналоговые и видеосигналы записывались в течение нескольким минут Это обеспечивало наличие в каждой записываемой «протяжке» несколько тысяч видеокадров и несколько десятков тысяч значащих точек оцифрованного аналогового сигнала

Параллельно с регистрацией оптических характеристик оценивались метеорологические параметры трассы (температура, давление, влажность, скорость и направление ветра, дальность оптической видимости) в точках расположения приемо-передающей аппаратуры, отражательных зеркал и в непосредственной близости от подстилающей поверхности а также проводилось определение структурной характеристики флуктуаций показателя преломления С„2. При определении С* использовались соотношения, связывающие величину С„2 с значениями метеопараметров, дисперсией флуктуаций интенсивности и количеством винтовых дислокаций, наблюдаемых на волновом фронте

Во второй главе приведены также результаты предварительных экспериментов, в ходе которых было установлено, что наилучшие условия для наблюдения влияния изменения турбулентности на флуктуации излучения существуют на горизонтальной трассе

В третьей главе описана постановка экспериментов на приземной атмосферной трассе, целью которых является обнаружение и анализ апертурных эффектов стохастизации излучения Для используемых в экспериментах трассах характерными были два режима стохастизации лазерных пучков При первом режиме статистические параметры излучения характеризовались высокой степенью устойчивости и мало изменялись как в течение одного сеанса измерений, так и при переходе от одного сеанса к другому Второй режим, обычно наблюдаемый в условиях значительных вертикальных градиентов температуры, характеризовался спорадическими изменениями параметров, обусловленными перемежаемостью мелкомасштабной турбулентностью (ММТ)

Характерные для первого режима изображения пучков с разными выходными диаметрами О приведены на рис 2 Регистрация представленных

Рис 2 Изображения прошедших атмосферную трассу лазерных пучков разных диаметров О 1-3 см 2 - 3,5 см, 3-7 см 4-10 см а б, в -последовательные видеокадры

структурной характеристики флуктуации показателя преломления С2„ =0,6 10~,5см~2/3 Из рис 2 хорошо видно, что с увеличением размера выходного пучка структура излучения оказывается более сложной Усложнение распределения интенсивности прежде всего связано с увеличением числа различных по форме и интенсивности фрагментов поперечной структуры

Оценка флуктуаций интенсивности в пучках показала, что при росте диаметра изменение радиусов корреляции интенсивности для пучков различных диаметров с учётом ошибок измерений невелико Так, для серии измерений, соответствующих рис 2, при диаметре пучка 0 = 7 см радиус корреляции в горизонтальной плоскости составлял гс = 3,1 ± 0,7 см, а для пучка 10 см -гс = 4,0 ± 0,4 см.

Возмущения в структуре пучков, возникающие при увеличении их апертуры, отчетливо просматриваются в форме распределения плотности вероятностей изменения интенсивности Если при малом диаметре распределение флуктуаций интенсивности близко к нормальному, то при больших диаметрах оно лучше описывается логарифмически-нормальным законом

Анализ фазовых характеристик при помощи сдвигового интерферометра показал, что происходящая с ростом апертуры пучка стохастизация излучения сопровождается появлением дислокаций волнового фронта Так, у пучка с диаметром 10 см по точкам разветвления интерференционных полос в интерферометре сдвига фиксировалось от 3-х до 6-ти дислокаций.

Путем обработки распределений интенсивности в лазерных пучках с разными диаметрами были определены среднеквадратичных отклонений центров тяжести (ЦТ) пучков сгс Результаты, характеризующие эти отклонения в горизонтальном и вертикальном направлениях, представлены на рис 3 Хотя отличия в поведении этих отклонений в разных плоскостях небольшие, тем не менее, для колебаний ЦТ пучка в горизонтальном направлении более отчетливо

Д см

Рис 3 Зависимость среднеквадратичных отклонений центров тяжести ас от их выходных диаметров О 1 - отклонения в горизочтальной плоскости 2 - в вертикальной плоскости

просматривается тенденция к снижению значений с увеличением апертуры пучка Для вертикального направления эта тенденция проявляется менее отчетливо

Для характеристики случайных смещений ЦТ пучков на основе данных эксперимента рассчитывалась также величина корреляции й распределения интенсивности в изображениях пучков между первым и последующими кадрами

случайных выборок видеозаписи Поведение этой величины для одной из реализаций видеозаписи отражено на рис 4 Кривая 1

Рис 4 Корреляция Й изображений пучков между различными кадрами (п -номер кадра), 1 - О = 3 см, 2 - О -10 см

соответствует пучку с выходным диаметром О = 3 см , кривая 2 - О = 10 см При малой апертуре пучка значения корреляции испытывают значительные переколебания В пучках с большой апертурой они более стабильны Объяснение такого поведения корреляции состоит в том, что при малых апертурах пучка смещения его ЦТ сопоставимы с поперечными размерами пучка, а при больших -существенно уступают размерам пучка

Измерения характеристик излучения во втором режиме стохастизации излучения показали, что перемежаемость ММТ приводит к спорадическим изменениям статистических параметров лазерных пучков Так, при числах Френеля пучков близких к единице (узкий коллимированный пучок) распределение интенсивности излучения на входной апертуре спорадически менялось, скачкообразно переходя от квазирегулярного к стохастическому (спеклоподобному) и наоборот Время пребывания пучка в квазирегулярном и стохастическом состояниях могло изменяться от нескольких секунд до нескольких десятков секунд При переходе от узких коллимированных к коллимированным пучкам с увеличенным поперечным размером удлиняется временной интервал пребывания пучка в стохастическом состоянии Одновременно пространственная структура излучения в стохастическом состоянии становится все более сложной.

К

п

Для более детального изучения особенностей стохастизации пучков с разными диаметрами при перемежаемости ММТ использовалась оптическая схема, при которой на небольшом расстоянии от исследуемого пучка распространялся узкий коллимированный пучок Стохастизация последнего служила критерием развития в атмосфере мелкомасштабной турбулентности

Рис 5 Распределение интенсивности в лазерных пучках при слабой (а) и сильной (б) ММТ: слева - пучок с большим диаметром, справа - узкий пучок.

На рис. 5, а, б показаны в качестве примера два последовательных видеокадра изображений узкого и широкого пучков (диаметр последнего составлял 2,4 см) а условиях, когда имела место перемежаемость ММТ. Первый кадр (рис 5, а) характеризует распределение интенсивности в отсутствие развитой ММТ (слабое развитие ММТ подтверждает незначительная деформация распределения интенсивности в узком пучке) Второй кадр {рис. 5,6) соответствует возникновению интенсивной мелкомасштабной турбулентности. В этом случае спеклоподобный характер приобретают изображения как широкого, 1 так и узкого пучков

На рис 6 показаны флуктуации смещений в- горизонтальном направлении центров тяжести пучков, изображенных на рис 5. По оси ординат отложены в \ относительных единицах расстояние X центра тяжести пучка от края приемной

апертуры, а по оси абсцисс - количество кадров, временной интервал между которыми составляет 0,04 с Метка /0 соответствует моменту возникновения ММТ (моменту стохастизации узкого пучка) Из рисунка видно, что развитие ММТ не оказывает существенного влияния ни на величину, ни на временную структуру смещений ЦТ. При этом флуктуации пучков с разными диаметрами имеют схожий характер.

Этот факт нашел подтверждение в многочисленных экспериментах с пучками разных диаметров, выполненных в условиях перемежаемости ММТ для различных метеоусловий.

х,250

отн. ед.

200

150 100 50

1

-I_1-

20

40

I

60

I -отн. ед.

Рис 6. Поведение центра тяжести узкого (1) и широкого (2) пучков в горизонтальной плоскости

Было рассмотрено также влияние перемежаемости турбулентности на флуктуации интенсивности в ЦТ пучков и в фиксированной точке приемной апертуры Измерение показали, что перемежаемость приводит к увеличению дисперсии флуктуации интенсивности, причем скачок уровня дисперсии для пучков с малым диаметром был более заметен Это связано с тем, что пучок малого диаметра при развитии ММТ переходит из квазирегулярного состояния в стохастическое, пучок же большего диаметра стохастизован вне зависимости от развития ММТ

В ходе работы анализировалось также влияние на флуктуационную структуру излучения изменения состояния турбулентности в условиях периодически возникающего снегопада Измерения показали, что наличие осадков вызывает заметное снижение среднеквадратичных отклонений центров тяжести пучков, при этом в отсутствие снегопада происходит смещение энергии колебаний в высокочастотную область

Четвертая глава

В четвертой главе дана интерпретация наблюдаемых эффектов Особое внимание уделено описанию процессов случайных смещений ЦТ световых пучков Для этого использовались известные соотношения для дисперсии флуктуаций положения центра тяжести полученные в рамках модели однородной и изотропной турбулентности'

= 2,19СЯ2/0'"*.31

(1)

0,132я2Г(1/6)

- '

(2)

3 21

,5/6

Здесь /0 - внутренний масштаб турбулентности, I- - длина трассы, а - радиус пучка Выражение (1), полученное в приближении геометрической оптики позволяет оценивать величину смещений пучков когда развитая ММТ отсутствует и профиль интенсивности пучка претерпевает лишь слабые искажения Выражение (2) характеризует поведение пучков в дифракционном приближении, когда существенно влияние неоднородностей, по размерам уступающих размерам пучка

Выполненные оценки показали, что формула (2) удовлетворительным образом описывает экспериментальные данные, соответствующие стационарному состоянию турбулентности на приземной трассе Эта формула, так же как и приведенные измерения, указывает на весьма слабую зависимость от размера

пучка (<т* ~ а 1/3)

В случае перемежающейся турбулентности для оценки о, использовалось наряду с выражением (2) выражение (1) Считалось, что в отсутствии ММТ значение /0 составляет величину порядка 1 см, а в присутствии ММТ - 0,1см Выражении (1) описывало поведение узкого пучка, когда в отсутствие ММТ его искажения были невелики выражение (2) характеризовало величину ас узкого пучка при развитии ММТ Это же выражение использовалось для приближенной оценки ггс и широкого пучка (для различных состояний турбулентности)

Расчеты показали, что теоретические оценки величины ос оказываются весьма близкими к экспериментальным значениям, если предположить, что определяющее влияние на величину смещений пучка оказывает изменение 1,0

(величину С* можно считать постоянной)

Таким образом, теоретическая модель построенная для описания распространения пучков в среде с однородной изотропной турбулентностью дает возможность получения оценок которые могут рассматриваться в качестве основы для интерпретации влияния изменений в состоянии турбулентности на характеристики излучения на приземных трассах

В четвертой главе приведены также результаты численного эксперимента поставленного с целью дополнительной интерпретации экспериментальных данных и более наглядного объяснения поведения пучка в среде с перемежающейся ММТ В его основу была положена модель прохождения лазерного пучка через движущийся фазовый экран с изменяющимися статистическими характеристиками Результаты моделирования подтвердили слабое влияние ММТ на флуктуации ЦТ лазерного пучка

Выводы

1 Примененные оптические схемы экспеоиментального стенда с приземными атмосферными трассами позволили провести исследования с лазерными пучками с изменяющейся апертурой, в том числе с пучками, распространяющимися по близким траекториям В условиях, характерных для городской застройки, на горизонтальной трассе локационного типа длиной 280 м осуществлены измерения статистических параметров излучения на длине волны 0 63 мш при стационарной турбулентности атмосферы а также при турбулентности, характеристики которой меняются под влиянием развивающихся неустойчивостей и в результате осадков

2 Экспериментально показано что при стационарной турбулентности с увеличением апертуры коллимиоованных пучков имеет место постепенное усложнение пространственной структуры излучения Так в режиме турбулентности средней интенсивности при увеличении выходного диаметра пучка от 3-х до 10-ти сантиметров профиль пучка близкий к гауссовому, приобретает спеклоподобный вид При этом среднеквадратичные отклонения центов тяжести пучкоз слабо уменьшаются

3 Установлено что при развитии в атмосфере неустойчивостей, проявляющихся в форме перемежаемости мелкомасштабной турбулентности наблюдается спорадическая стохастизация излучения Время пребывания пучка в стохастическом состоянии в сильной степени зависит от апертуры пучков и резко увеличивается, если число Френеля трассы превосходит единицу При переходе пучка в стохастическое состояние резко возрастают, увеличиваясь в несколько раз, флуктуации интенсивности, в то же время влияние перемежаемости турбулентности на флуктуации центра тяжести пучка проявляются гораздо слабее

4 Обнаружено, что наличие на трассе даже слабых осадков значительно уменьшает случайное блуждание пучка в плоскости приемной апертуры При этом в спектре смещений пучка, как показал вейвлет-анализ, усиливаются низкочастотные колебания

5 С использованием основных положений теории распространения излучения в однородной и изотропной турбулентной среде, а также при помощи численного моделирования изучаемых процессов дана интерпретация поведения лазерных пучков в приземной атмосфере с перемежающейся мелкомасштабной турбулентностью В предположении, что определяющую роль при спорадической стохастизации пучка играет изменение внутреннего масштаба турбулентности, для пучков с различной апертурой получены оценки случайных смещений центров тяжести пучков, близкие к данным эксперимента

6 Рассмотренные в работе апертурные эффекты и особенности флуктуационной структуры лазерных пучков следует учитывать при оптимизации характеристик разнообразных метрологических устройств, систем дистанционного зондирования и оптических линий связи

Публикации по теме диссертации

1 Арсеньян Т И , Короленко П В , Карасев M В , Маганова M С , Макаров В Г , Федотов H H Оптимизация оптических систем приземных локационных лазерных устройств в условиях перемежаемости турбулентности -Программа и аннотации докладов VI международной конференции "Лазерные технологии '98', с 115, ILLA '98, Шатура, июнь 1998

2 Арсеньян Т И , Короленко П В , Карасев M В , Маганова M С , Макаров В Г , Федотов H H Метаморфозы структуры узкоколлимированных лазерных пучков на приземных трассах в условиях перемежаемости турбулентности

- Тезисы международной конференции "Прикладная оптика '98", с 27, г Санкт-Петербург, июнь 1998

3 Maganova M S Statistical characteristics of light helical fields in turbulent media

- NASA, Proceedings of Nineteenth International Laser Radar Conference, v 2, p 745, 19® ILRC, MD, Annapolis, July 1998

4 ArsenyanT.I, KarasevMV, KorolenkoPV, Maganova M S , MakarovVG, Fedotov N N Optimization of optical system of iidar devices near ground under conditions of turbulence intermittence II Proc SPIE, 1998, v 3688, p 513-521

5. Арсеньян T И Зотов A M , Короленко П В , Ломоносов В Г, В Г Макаров, М.С Маганова Влияние неустойчивостей мелкомасштабной турбулентности на флуктуационные характеристики электромагнитных волн в приземных каналах распространения - Тезисы XIX всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн», с 188-189, г Казань, 22-25 июнь 1999.

6 Арсеньян Т И , Зотов A M , Короленко П В , Маганова M С , Макаров В Г Влияние перемежаемости внутреннего масштабу турбулентности на работу лазерных информационных систем // Известия РАН, 1999, т 63, №10, с 2019-2023

7 Арсеньян Т И , Зотов A M , Короленко П В , Маганова M С , Макаров В Г Влияние перемежаемости мелкомасштабной атмосферной турбулентности на характеристики узких коллимированных лазерных пучков II Вестник МГУ Физика, астрономия, 2000, №2, с 32-34

ArsenyanT.I., ZotovAM, KorolenkoPV, Maganova M S, and VG Makarov Effect of low-scale atmospheric turbulence alternation on the characteristics of narrow colhmated laser beams // Moscow University Physics Bulletin, Optics and Spectroscopy, 2000, v 55, №2, p 41-45

8 ArsenyanTI, ZotovAM, Korolenko Р V., Maganova М S, MesniankinAV Structural intermittence of the fine-scale optical inhomogeneities in the atmospheric near-the-ground layer from laser sounding data - IPSL, 20 International Laser Radar Conference abstracts, p 34, 20a ILRC, Vichy, 10-14 July 2000.

9 Arsenyan T I, Korolenko P V , Maganova M S , Zotov A M The peculiarities of propagation of narrow collimated wave beams in the near-the-ground atmosphere - IPSL, 20 International Laser Radar Conference abstracts, p 48, 20® ILRC, Vichy, 10-14 July 2000

10 МагановаМС, Арсеньян ТИ, Зотов AM, Короленко П В Флуктуации узкого коллимированного лазерного пучка в приземной атмосфере -Сборник трудов Международного оптического конгресса, Научная молодежная школа «0птика-2000», Когерентные процессы в оптике, с 103104, г Санкт-Петербург, 17-19 октября 2000

11 Меснянкин А В , Арсеньян T И , Зотов А М , Короленко П В , Маганова М С Апертурные эффекты на приземных оптических трассах локационного типа - Сборник трудов Международного оптического конгресса, Научная молодежная школа «0птика-2000», Когерентные процессы в оптике, с 105106, г Санкт-Петербург, 17-19 октября 2000

12 Арсеньян Т.И, Болдырев А Г, Зотов AM, Короленко П В , МагановаМС, Макаров В.Г , Меснянкин А В Статистическая структура флуктуации лазерного излучения на приземных оптических трассах - Препринт физического факультета МГУ им М В Ломоносова, №16/2000, Москва, 2000, 20 с

Arsenyan ТI, Boldyrev A G., Zotov А М , Korolenko P.V , Maganova М S , Makarov V G , Mesniankine A V Integral distributions of the laser beam intensity and aperture effects under the conditions of turbulence intermittence in the near-the-ground air - Pre-print, M V Lomonosov Moscow State University, Department of Physics, № 16/2000, 20 p

13 Арсеньян T И , Зотов A M , Короленко П В , Маганова M С , Меснянкин А В Апертурные эффекты в лазерных пучках на трассах с перемежающейся турбулентностью // Вестник МГУ, серия 3, Физика, астрономия, 2001, №3, с 46-49.

Arsenyan Т I, Zotov А М , Korolenko Р V , Maganova М S , and Mesniankin А V Aperture effects in laser beams propagating through atmospheric channels with intermittent turbulence II Moscow University Physics Bulletin, Optics and Spectroscopy, 2001, v 56, №3, p 58-63.

14 ArsenyanTl, Korolenko Р V , Maganova M S , Mesniankirt A V , Zotov A M Laser beams characteristics under the conditions of the intermittence of small scale atmospheric turbulence - Transactions of VIII Join International Symposium «Atmospheric and ocean optics Atmospheric physics», p 115, Irkutsk, 25-29 June 2001

15 АрсеньянТИ, Зотов A M., Короленко П В , Маганова M С , Макаров В Г Интегральные распределения флуктуации лазерного излучения в условиях перемежаемости атмосферной турбулентности // Оптика атмосферы и океана, 2001, т 14, №8, с 677-680.

Arsenyan Т I, Zotov A M , Korolenko P V, Maganova M S and Makarov V G Integral distributions of laser radiation fluctuations under conditions of intermittent atmospheric turbulence //Atmospheric and Oceanic Optics, 2001, v 14, №8, p. 621-623

16 Маганова M С , Арсеньян T И Лазерные пучки на параллельных приземных трассах в условиях перемежаемости мелкомасштабной турбулентности -Сборник трудов 2-ой Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2001 » Физика лазеров и лазерные технологии, с 183, г Санкт-Петербург, октябрь 2001

17 Арсеньян Т И , Зотов A M , Короленко П В , Маганова M С , Меснянкин А В Характеристики лазерных пучков в условиях перемежаемости мелкомасштабной атмосферной турбулентности // Оптика атмосферы и океана, 2001, т 14, № 10, с 894-899

Arsenyan T I, Zotov A M , Korolenko P V, Maganova M S and Mesnyankin A V Characteristics of laser beams under conditions of intermittent small-scale atmospheric turbulence // Atmospheric and Oceanic Optics, 2001, v 14, № 10, p 818-822

18 Маганова M С, МеснянкинАВ, НаймушинаДА Флуктуации „центра тяжести" лазерного пучка на приземной атмосферной трассе в условиях большого города - Труды VIII всероссийской школы-семинара «Волновые явления в неоднородных средах», ч 2, с 59, Волны-2002, МО, г Красновидово, май 2002

19 КороленкоПВ, МагановаМС, МеснянкинАВ, НаймушинаДА, Поздеева Е В , Саенко О В Фрактальный анализ случайных световых полей - Сборник трудов III Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2003», с 247-248, г Санкт-Петербург 20-23 октября 2003

20 Короленко П В , Маганова М С , Меснянкин А В , Таначев И А Особенности флуктуационной структуры лазерных пучков на приземной трассе с перемежающейся турбулентностью - Сборник тезисов десятой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-10», ч. 2, с 682-683, Москва, 1-7 апреля 2004

21 Маганова М С , Таначев И А Эффекты .дрожания" лазерных пучков на приземных атмосферных трассах - Сборник тезисов международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2004», секция «Физика», с 185-186, Москва, 13 апреля 2004

22 Ломоносов В Г, Маганова М С , Меснянкин А В , Таначев И А Сравнительный анализ флуктуаций лазерного излучения на приземных городских трассах при различных состояниях турбулентности - Сборник тезисов IX всероссийской школы-семинара «Волновые явления в неоднородных средах», Волны-2004, МО, п-т Университетский, 24-29 май 2004

23 Короленко П В , Маганова М С , Меснянкин А В Новационные методы анализа стохастических процессов и структур в оптике Фрактальные и мультифрактальные методы, вейвлет-преобразования Учебное пособие -М Московский государственный университет им М В Ломоносова, Научно-исследовательский институт ядерной физики им Д В Скобельцына, 2004, 82 с

24 Арсеньян Т И , Короленко П В , Ломоносов В Г , Маганова М С., Таначев И А Сравнительный анализ флуктуаций лазерного излучения на приземных городских трассах при различных состояниях турбулентности II Известия РАН, серия физическая, 2005, т 69, №2, с 287-290

25 Арсеньян Т И , Короленко П В , Маганова М С , Ломоносов В Г, Таначев И А Флуктуации лазерных пучков на приземной трассе // Квантовая электроника, 2005, т 35, № 2, с 119-122

ООП Физ ф-та МГУ Заказ 66 120-05

$ - 6 6 48

РНБ Русский фонд

2006-4 3826

<

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФЛУКТУАЦИЙ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА АТМОСФЕРНЫХ ТРАССАХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).

§1.1. Краткое описание турбулентных процессов в тропосфере.

§ 1.2. Результаты теоретических исследований.

§ 1.3. Данные экспериментальных работ.

ГЛАВА II. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА И

МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ.

§ 2.1. Экспериментальная база.

§ 2.2. Методика обработки данных.

ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФЛУКТУАЦИЙ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ С РАЗЛИЧНОЙ

АПЕРТУРОЙ.

§ 3.1. Флуктуационная структура излучения в отсутствие перемежаемости турбулентности.

§ 3.2. Влияние перемежаемости турбулентности на статистические характеристики излучения.

§ 3.3. Влияние осадков.

ГЛАВА IV. АНАЛИЗ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА.

§ 4.1. Сопоставление экспериментальных и теоретических данных.

§ 4.2. Численный эксперимент.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы

В настоящее время сохраняют актуальность исследования, связанные с распространением лазерного излучения в приземной атмосфере. Изучение физических эффектов, которые сопутствуют распространению лазерных пучков, имеет большое значение для совершенствования оптических систем связи, локации, а также разнообразных метрологических и лидарных устройств. Несмотря на то, что этим вопросам посвящены многочисленные публикации, целый ряд явлений, важных с теоретической и практической точек зрения, оказался слабоизученным. К ним можно отнести апертурные эффекты при распространении лазерных пучков в приземной атмосфере с изменяющимся состоянием турбулентности. Апертура пучков существенным образом влияет на структуру флуктуации излучения, проявляющуюся в пространственно-временных изменениях интенсивности, фазы и смещениях «центра тяжести» пучков. Весьма сложный и далеко не изученный характер это влияние имеет в условиях неоднородности турбулентных процессов, развивающихся в атмосфере большого города. При этом не ясно, можно ли свести учет неоднородности турбулентности в приземном воздушном слое к небольшим поправкам к известным закономерностям, определяющим связь между турбулентностью и уровнем флуктуаций, или же требуется серьезный пересмотр основных теоретических положений, определяющих распространение лазерного пучка в открытых каналах. Исследования апертурных эффектов при распространении лазерного излучения по атмосферным трассам позволяет, в свою очередь, получить важную информацию об особенностях и изменениях структуры мелкомасштабной турбулентности.

Наконец, возросшая в настоящее время актуальность исследований в указанном направлении во многом определяется резким увеличением числа оптических систем связи, использующих открытые каналы распространения излучения. Эти системы оказывают жесткую конкуренцию кабельным волоконно-оптическим линиям передачи информации в тех случаях, когда требуется осуществить в кратчайшие сроки мобильную связь на относительно небольших расстояниях между различными приемо-передающими устройствами. Использование открытых каналов в городских условиях оказывается зачастую намного дешевле применения световолоконных устройств. При этом легче осуществить мероприятия по информационной защите.

Дальнейшее совершенствование и оптимизация характеристик систем связи, использующих распространение лазерного излучения по приземным трассам, определенным образом сдерживается явным дефицитом сведений об особенностях распространения лазерных пучков в условиях городского ландшафта, формирующим сложную динамику движения воздушной массы. Большинство ранее проведенных исследований характеристик лазерных пучков на приземных трассах выполнялось над гладкой подстилающей поверхностью. Для таких условий легче построить теоретическую модель, адекватно описывающую поведение излучения. Однако данные, полученные на таких трассах, не всегда могут быть использованы для оптимизации характеристик каналов распространения (включая их геометрические параметры), построенных с использованием городских сооружений.

Таким образом, всё вышесказанное свидетельствует об актуальности проблемы изучения распространения излучения по атмосферным трассам различной геометрии в условиях сложной динамики движения воздушной массы.

Цель и задачи

Цель диссертационной работы состоит в многопараметрическом анализе апертурных эффектов стохастизации лазерного излучения на приземных городских трассах при различных состояниях атмосферной турбулентности. Работа предполагает решение двух взаимосвязанных задач. Первая из них заключается в получении, обработке и сопоставлении экспериментальных данных, характеризующих в широком наборе метеопараметров флуктуационную структуру лазерных пучков с различной апертурой. Вторая задача состоит в поиске возможности теоретических оценок трансформации характеристик лазерного излучения при изменении свойств атмосферной турбулентности. При решении указанных задач особое внимание уделяется анализу эффектов, связанных со случайными смещениями лазерных пучков на приемной апертуре.

Научная новизна результатов

В диссертационной работе впервые на городских приземных трассах в условиях неустойчивости атмосферной турбулентности экспериментально определены зависимости, характеризующие влияние на процессы стохастизации излучения апертуры лазерных пучков. Для теоретического описания наблюдаемых эффектов и интерпретации установленных закономерностей предложены подходы, позволяющие адаптировать известные представления о стохастизации излучения в атмосфере с однородными и изотропными турбулентными процессами для случая перемежающейся турбулентности.

Положенияу выносимые на защиту

1. Реализованная при проведении исследований оптическая схема экспериментального стенда с атмосферной трассой, а также разработанные методики регистрации и обработки данных о флуктуациях излучения позволяют осуществлять анализ и сравнение 5 статистических характеристик излучения для различных параметров атмосферных трасс.

2. В условиях стационарных характеристик турбулентности с увеличением апертуры коллимированных лазерных пучков имеет место постепенное усложнение пространственной структуры излучения от квазирегулярной к спеклоподобной. При этом поведение пучков соответствует основным теоретическим представлениям, относящихся к модели однородной и изотропной турбулентности.

3. Являющаяся следствием перемежающейся мелкомасштабной турбулентности спорадическая стохастизация лазерного пучка характеризуется резким увеличением дисперсии локальных флуктуаций интенсивности и существенными искажениями амплитудно-фазового профиля; в то же время влияние перемежаемости турбулентности на флуктуации центра тяжести пучка проявляются гораздо слабее. Время пребывания пучка в стохастическом состоянии в сильной степени зависит от апертуры пучков и резко увеличивается, если число Френеля трассы превосходит единицу.

4. Даже слабые осадки на трассе в виде снега или дождя значительно уменьшают случайное блуждание пучка в плоскости приемной апертуры. При этом в спектре колебаний пучка усиливаются низкочастотные колебания.

5. Интерпретацию наблюдаемых апертурных эффектов, влияющих на характер спорадической стохастизации излучения, можно дать на основе расчетных соотношений, справедливых для модели однородной и изотропной турбулентности, в которых изменения состояния турбулентности сводятся к изменению внутреннего масштаба турбулентности при постоянном значении структурной характеристики флуктуации показателя преломления.

Достоверность результатов

Достоверность результатов обеспечивается тщательной проработкой методик измерений, многократностью проводимых экспериментов, согласием экспериментальных результатов с данными теоретического анализа и современными знаниями о турбулентной атмосфере и процессах распространения в ней световых волн.

Практическая значимость

Практическая значимость работы определяется возможностью использования полученных в ней результатов для оптимизации характеристик разнообразных метрологических, локационных и навигационных устройств, а также систем связи, использующих открытые каналы распространения излучения. Кроме того, разработанные методики могут найти применение в системах, обеспечивающих лазерный мониторинг состояния приземной атмосферы.

Апробация результатов

Основные результаты работы докладывались на конференциях: ICONO'95, Санкт-Петербург, (1995); «Лазерные технологии - 98», Шатура, (1998); Nineteenth International Laser Radar Conference, Maryland, USA, (1998); «Прикладная оптика'98», Санкт-Петербург, (1998); «Распространение радиоволн», Казань, (1999); 20 International Laser Radar Conference abstracts (IPSL), Vichy, France, (2000); «Оптика-2000», Санкт-Петербург, (2000); VIII Join International Symposium "Atmospheric and ocean optics. Atmospheric physics", Иркутск, (2001); «0птика-2001», Санкт-Петербург, (2001); всероссийской школе-семинаре «Волновые явления в неоднородных средах», г. Красновидово, МО, (2002); «0птика-2003», Санкт-Петербург, (2003); «ВНКСФ-10», г.Москва (2004); всероссийской школе-семинаре «Волновые явления в неоднородных средах», п-т Университетский, МО, (2004); «Ломоносов-2004», г. Москва (2004).

Публикации

Полученные научные результаты отражены в 25 публикациях (из них 15 - тезисы докладов). Некоторые из используемых в работе методов обработки данных получили освещение в изданном монографическом учебном пособии.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 102 страницах. Она состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 102 наименований, содержит 23 рисунка, 2 таблицы.

Выводы

Осуществлена модернизация экспериментального стенда с приземными атмосферными трассами, позволившая провести исследования с лазерными пучками с изменяющейся апертурой, в том числе с пучками, распространяющимся по близким траекториям. В условиях, характерных для городской застройки, на горизонтальной трассе локационного типа длиной 280 м проведены измерения статистических параметров излучения на длине волны 0,63 мкм при стационарной турбулентности атмосферы, а также при турбулентности, характеристики которой меняются под влиянием развивающихся неустойчивостей и в результате осадков.

Экспериментально показано, что при стационарной турбулентности с увеличением апертуры коллимированных пучков имеет место постепенное усложнение пространственной структуры излучения. Так, в режиме турбулентности средней интенсивности при увеличении выходного диаметра пучка от 3-х до 10-ти сантиметров профиль пучка, близкий к гауссовому, приобретает спеклоподобный вид. При этом среднеквадратичные отклонения центов тяжести пучков слабо уменьшаются. Установлено, что при развитии в атмосфере неустойчивостей, проявляющихся в форме перемежаемости мелкомасштабной турбулентности, наблюдается спорадическая стохастизация излучения. Время пребывания пучка в стохастическом состоянии в сильной степени зависит от апертуры пучков и резко увеличивается, если число Френеля трассы превосходит единицу. При переходе пучка в стохастическое состояние резко возрастают, увеличиваясь в несколько раз, флуктуации интенсивности, в то же время влияние перемежаемости турбулентности на флуктуации центра тяжести пучка проявляются гораздо слабее.

Наличие на трассе даже слабых осадков значительно уменьшает случайное блуждание пучка в плоскости приемной апертуры. При этом в спектре колебаний пучка, как показал вейвлет-анализ, усиливаются низкочастотные колебания. С использованием основных положений теории распространения излучения в однородной и изотропной турбулентной среде, а также при помощи численного моделирования изучаемых процессов дана интерпретация поведения лазерных пучков в приземной атмосфере с перемежающейся мелкомасштабной турбулентностью. В предположении, что определяющую роль при спорадической стохастизации пучка играет изменение внутреннего масштаба турбулентности, для пучков с различной апертурой получены оценки случайных смещений центров тяжести пучков, близкие к данным эксперимента.

Рассмотренные в работе апертурные эффекты и особенности флуктуационной структуры лазерных пучков следует учитывать при оптимизации характеристик разнообразных метрологических устройств, систем дистанционного зондирования и оптических линий связи.

В заключение, хочу выразить искреннюю благодарность моему научному руководителю профессору Павлу Васильевичу Короленко за ценные советы, обсуждение результатов, терпение и неоценимую помощь на протяжении всей работы, а также в.н.с. Татьяне Ишхановне Арсеньян за содействие в проведении работ и обсуждение результатов выполненных исследований. Хотелось бы выразить признательность заведующему кафедрой оптики и спектроскопии, профессору Михайлину Виталию Васильевичу и заведующему кафедрой радиофизики профессору Сухорукову Анатолию Петровичу за поддержку межкафедрального плана совместных работ, в рамках которого выполнена часть работы. Большое спасибо дружному коллективу лаборатории за своевременную техническую помощь, дружескую и моральную поддержку.

Автор признателен руководству: государственной научно-технической программы «Физика квантовых и волновых процессов» (проект 1.61), программы «Университеты России — фундаментальные исследования» (проект УР. 10.03.064), программы поддержки научных школ (гранты РФФИ № 00-1596561 и №00-15-96679),

ФЦП «Интеграция» (проект «Развитие Международного учебно-научного центра „Фундаментальная оптика и спектроскопия"», № Б 0049), при частичной финансовой поддержке которых выполнялась данная работа.

1. ИсимаруА. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах, т. 2. Многократное рассеяние, турбулентность, шероховатые поверхности и дистанционное зондирование. Пер. с англ.-М.: Мир, 1981,317 с.

2. Виноградова М.Б., Семенов А.А. Основы теории распространения ультракоротких радиоволн в тропосфере. М.: Изд-во АН СССР, 1963, 191 с.

3. Бэтчелор Дж. Теория однородной турбулентности. Под ред. Обухова A.M. М.: ИЛ, 1955, с. 119.

4. Бызова Н.Л., Иванов В.Н., Гаргер Е.К. Турбулентность в пограничном слое атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1989, 283 с.

5. Арсеньян Т.И., Короленко П.В. Оптика случайно-неоднородных сред и проблемы распространения лазерного излучения в тропосфере. -М.: Физический факультет МГУ, 2001, 127 с.

6. Самельсон Г.М., Фрезинский Б.Я. Методы теории распространения волн миллиметрового и оптических диапазонов в тропосфере. -Санкт-Петербург: Издательство Электротехнического института связи им. М.А. Бонч-Бруевича, 1992, 68 с.

7. Арсеньян Т.И., Короленко П.В., Одинцов А.И., Петрова Г.В., Эмбаухов С.В. Флуктуации лазерного излучения в атмосфере в свете новых данных о структуре турбулентности. — препринт физического фак-та МГУ им. М.В. Ломоносова, № 20/1997. Москва, 1997, 26 с.

8. КулягинаЕ.А. Стохастизация и перемежаемость структурных состояний лазерных пучков в приземной атмосфере. Кандидатская диссертация НИИЯФ МГУ, Москва, 1997, 112 с.

9. Гидродинамические неустойчивости и переход к турбулентности. Под ред. Суинни X., Голлаба Дж. М.: Мир, 1984, 343 с.

10. Шакина Н.П. Гидродинамические неустойчивости в атмосфере. JL: Гидрометеоиздат, 1990, 309 с.

11. Вызова H.JL, Иванов В.Н., Мацкевич М.К. Измерение компонент завихренности в нижнем слое атмосферы. // Известия АН, серия физика атмосферы и океана, 1996, т. 32, № 3, с. 323-328.

12. Вызова H.JI. Большие вихри и поток количества движения в нижней части пограничного слоя атмосферы. // Известия АН, серия физика атмосферы и океана, 1996, т. 32, № 4, с. 440-447.

13. Гончаров В.П. Циркуляционные режимы переносы в структурно-вихревой модели городского каньона. // Известия АН, серия физика атмосферы и океана, 1995, т. 31, № 2, с. 205-210.

14. Зенг Зонгуонг Всплески в турбулентной среде и распространение излучения. // Оптика атмосферы и океана, 2002, т. 15, № 4, с. 371-374.

15. Зуев В.Е., Банах В.А., ПокасовВ.В. Серия современные проблемы атмосферной оптики, т. 5. Оптика турбулентной атмосферы. -Ленинград: Гидрометеоиздат, 1988, 271 с.

16. Миронов В.Л. Распространение лазерного пучка в турбулентной атмосфере. Новосибирск: Наука, 1981, 246 с.

17. Fried D.L. and Seidman J.B. Laser-beam scintillation in the atmosphere. // Journal of the Optical Society of America, 1967, v. 57, № 2, p. 181-185.

18. Schmeltzer R.A. // Quart. Appl. Math., 1967, vol. 24, p. 339.

19. КонА.И., Татарский В.И. О флуктуациях параметров пространственно-ограниченного пучка света в турбулентной атмосфере. // Известия ВУЗов СССР, серия радиофизика, 1965, т. 8, № 5, с. 870-875.

20. Гурвич А.С., Каллистрова М.А., Тиме Н.С. // Известия ВУЗов, серия радиофизика, 1968, т. 11, № 9, с. 1360.

21. Buck A.L. Effect of the atmosphere on laser beam propagation. // Applied Optics, 1967, v. 6, № 4, p. 703-708.

22. Гурвич A.C. Флуктуации интенсивности света в расходящихся пучках. // Известия ВУЗов, серия радиофизика, 1969, т. 12, № 1, с. 147.

23. Но T.L. Log-Amplitude fluctuations of laser beam in a turbulent atmosphere. // Journal of the Optical Society of America, 1969, v. 59, April, p. 385-390.

24. Банах В.А., КрековГ.М., Миронов B.JI. Дисперсия и пространственная корреляция интенсивности волновых пучков, распространяющихся в турбулентной атмосфере. // Известия ВУЗов, серия радиофизика, 1974, т. 17, № 2, с. 252-260.

25. ЗуевВ.Е. Распространение лазерного излучения в атмосфере. М.: Радио и связь, 1981, 288 с.

26. Барабенков Ю.Н., Кравцов Ю.А., Рытов С.М., Татарский В.И. Состояние теории распространения волн в случайно-неоднородной среде. //УФН, 1970, т. 102, вып. 1, № 9, с. 3-42.

27. Фейзулин З.И., Кравцов Ю.А. К вопросу о расширении лазерного пучка в турбулентной среде. // Радиофизика, 1967, т. 10, №1, с. 68-73.

28. Гельфер Э.И., Кон А.И., Черемухин A.M. Корреляция смещения центра тяжести сфокусированного светового пучка в турбулентной атмосфере. // Известия ВУЗов, серия радиофизика, 1973, т. 16, №2, с. 245-253.

29. КазарянР.А., Оганесян А.В., Погосян К.П., Милютин Е.Р. Оптические системы передачи информации по атмосферному каналу. М.: Радио и связь, 1985, 208 с.

30. Goldstein B.S., Miles Р.А. and Chabot A. Heterodyne measurements of light propagation through atmospheric turbulence. // Proceedings IEEE, 1965, v. 53, p. 1172-1180.

31. Милютин E.P., Фрезинский Б.Я., Самельсон Г.М. Пространственные корреляции случайных смещений световых пучков в турбулентной атмосфере. // Известия ВУЗов, серия радиофизика, 1985, т. 28, № 5, с. 654-656.

32. Кон А.И., Миронов B.J1., Носов В.В. Флуктуации центров тяжести световых пучков в турбулентной атмосфере. // Известия ВУЗов, серия радиофизика, 1974, т. 17, № 10, с. 1501-1511.

33. Кандидов В.П., ТамаровМ.П. Дисперсия сверхкороткого лазерного импульса в атмосфере. // Оптика атмосферы и океана, 1996, т. 9, № 5, с. 634-641.

34. Кандидов В.П., Тамаров М.П., Шленов С.А. Влияние внешнего масштаба атмосферной турбулентности на дисперсию смещений центра тяжести лазерного пучка. // Оптика атмосферы и океана, 1998, т. 11, № 1, с. 27-33.

35. Башкин А.С., Безноздрев В.Н., Пирогов Н.А. Об эффективности прохождения излучения через приземную атмосферу. // Квантовая электроника, 2003, т. 33, № 1, с. 31-36.

36. Милютин Е.Р. Методика расчета совместного действия помех в атмосферном канале оптических информационных систем. // Радиотехника, 1995, № 11, с. 35-38.

37. Милютин Е.Р. Помехоустойчивость оптических систем передачи информации в турбулентной атмосфере. // Оптика атмосферы и океана, 1999, т. 12, № 4, с. 326-328.

38. Милютин Е.Р., Гумбинас А.Ю. Статистическая теория атмосферного канала оптических информационных систем. М.: Радио и связь, 2002, 256 с.

39. ЛенткеГ. Световой луч „связывает" локальные сети в ТС. // Компьютерный мир Москва, 1993, № 18, с. 14-15.

40. Heinz A. Willerband, Baksheesh S. Ghuman Fiber optics whithout fiber. // IEEE Spectrum, 2001, august, p. 40-45.

41. Кулик Т.К., Прохоров Д.В., Сумерин B.B., ХюппененА.П. Особенности применения атмосферных оптических линий связи. Публикация в Internet: http://www.licexpo.ru/2002/news/publications /60.stm

42. Клоков А.В. Беспроводные ИК-технологии, истинное качество „последней мили". // Технология и средства связи, 1999, № 5, с. 4044.

43. Атмосферные оптические линии. Публикация в Internet: http://www.micromax.com/rus/telecom/dview-testlab.htm

44. Клоков А.В. Беспроводная оптическая связь Мифы и реальность. // Технология и средства связи, 2000, № 6. с. 12-13.

45. Чернов JI.A. Распространение волн в среде со случайными неоднородностями. Изд. АН СССР, 1958, 159 с.

46. Татарский В.И. Теория флуктуационных явлений при распространении волн в турбулентной атмосфере. Изд-во АН СССР, 1959, 232 с.

47. Семенов А.А., Арсеньян Т.И. Флуктуации электромагнитных волн на приземных трассах. М.: Наука, 1978, 272 с.

48. Lawrence R.S. and Strohbehn J.W. A survey of clear-air propagation effects relevant to optical communications. // SPIE Milestone Series, v. MS25, 1990, p. 22-43, "Selected Paper on Turbulence in a Refractive Medium", SPIE Optical Engineering Press.

49. Зотов A.M. Флуктуационная структура лазерного излучения в открытых каналах распространения. Кандидатская диссертация НИИЯФ МГУ, Москва, 2003, 116 с.

50. Fried D.L. Aperture averaging of scintillation. // Journal of the Optical Society of America, 1967, v. 57, № 2, p. 169.

51. Грачева M.E., Гурвич A.C. О сильных флуктуациях интенсивности света при распространении в приземном слое атмосферы. // Известия ВУЗов СССР, серия радиофизика, 1965, т. 8, № 4, с. 717.

52. Хмельцов С.С., Цвык Р.Ш. Флуктуации интенсивности лазерного луча при распространении в турбулентной атмосфере. // Известия ВУЗов СССР, серия радиофизика, 1970, т. 13, № 1, с. 146-148.

53. Fried D.L., Mevers G.E., and Keister M.P., Jr. Measurements of laser-beam scintillation in the atmosphere. // Journal of the Optical Society of America, 1967, v. 57, № 6, p. 787-797.

54. Кабанов M.B., Першин A.A., Пхалагов Ю.А. Низкочастотные флуктуации интенсивности удаленных источников в инфракрасной области спектра. I. // Известия ВУЗов СССР, серия физика, 1968, т. 11, №9 (76), с. 121-125.

55. Hohn D.H. Effects of atmospheric turbulence on the transmission of a laser beam 6328 A. I. Distribution of intensity. // Applied Optics, 1966, v. 5, №9, p. 1427-1431.

56. Chu T.S. On the wavelength dependence of the spectrum of laser beams traversing the atmosphere. // Applied Optics, 1967, v. 6, № 1, p. 163-164.

57. HohnD.H. Effects of atmospheric turbulence on the transmission of a laser beam 6328 A. II. Frequency spectra. // Applied Optics, 1966, v. 5, №9, p. 1433-1436.

58. Ryznar E. Dependency of optical scintillation frequency on wind speed. // Applied Optics, 1965, v. 4, № 11, p. 1416.

59. СъединВ.Я., Хмельцов C.C., Небольсин М.Ф. Флуктуации интенсивности в пучке импульсного ОКГ при распространении в атмосфере на расстояниях до 9,8 км. // Известия вузов СССР, серия радиофизика, 1970, т. 8, № 1, с. 44-49.

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

61. Гурвич А.С., Кон А.И. Зависимость мерцания от размеров источника света. // Известия вузов СССР, серия радиофизика, 1964, т. 7, №4, с. 790-792.

62. Mevers G.E., Fried D.L. and Keister M.P. Experimental measurements of the character of intensity fluctuations of a laser beam propagating in the atmosphere. // Journal of the Optical Society of America, 1965, v. 55, № 11, p. 1575.

63. Collings S.A., Jr., and Monroe M. Use of Mach-Zehnder interferometer to study controlled air turbulence. // Journal of the Optical Society of America, 1966, v. 56, № 4, p. 560.

64. Subramanian M. and Collinson J.A. Modulation of laser beams by atmospheric turbulence. Depth of modulation. // Bell System Technical Journal, 1967, v. 46, № 3, p. 623-648.

65. Subramanian M. and Collinson J.A. Modulation of laser beams by atmospheric turbulence. // Bell System Technical Journal, 1965, v. 44, № 3, p. 543-546.

66. Fried D.L. and Mevers G.E. // Journal of the Optical Society of America, 1965, v. 55, p. 740.

67. Siedentopf H., Mayer U. Die intensitats-szintillation der strahlang terrestrischer lichtquellen. // Optik, 1965, v. 22, № 9, p. 626-636.

68. Naomi E. Zirkindm, Jefrey H. Shapiro Atmospheric turbulence carrier to noise ratios Huygens principle quantum efficiency radar targets spatial resolution. // Ballingham, WA, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 1989, p. 117-135.

69. Борисов Б.Д., Сазанович B.M., Хмелевцов C.C. // Известия ВУЗов СССР, серия физика, 1969, № 1.

70. Хмелевцов С.С., Цвык Р.Ш. Флуктуации интенсивности и углов прихода световых волн в пространственно-ограниченных коллимированных пучках в турбулентной атмосфере. // Известия ВУЗов СССР, серия физика, 1973, № 9, с. 108-112.

71. Hinchman W.R., Buck A.L. // Proceediens IEEE, 1969, v. 52, p. 305.

72. Воронцов M.A., Шмальгаузен В.И. Принципы адаптивной оптики. -М.: Наука, Глав. ред. физ.-мат. лит., 1985, 336 с.

73. Arsenyan Т., Embauhov S., Fedotov N., Korolenko P., Petrova G. Statistical characteristics of light field with helical dislocations of wave front. //Proceedings of SPIE, 1997, v. 3487, p. 148-155.

74. Жуков А.Ф., Вострецов Н.А. О флуктуациях излучения лазерного пучка в приземной атмосфере при снегопадах. // Оптика атмосферы и океана, 2003, т. 16, № 12, с. 1089-1098.

75. Потапов А.А. Фракталы в радиофизике и радиолокации. М.: Логос, 2002, 664 с.

76. Arsenyan T.I., Karasev M.V., Korolenko P.V., Maganova M.S., MakarovV.G., FedotovN.N. Optimization of optical system of lidar devices near ground under conditions of turbulence intermittence. // Proc. SPIE, 1998, v. 3688, p. 513-521.

77. Арсеньян Т.Н., Зотов A.M., Короленко П.В., Маганова M.C., Макаров В.Г. Влияние перемежаемости внутреннего масштаба турбулентности на работу лазерных информационных систем. // Известия РАН, 1999, т. 63, № 10, с. 2019-2023.

78. Арсеньян Т.И., Зотов A.M., Короленко П.В., Маганова М.С., Макаров В.Г. Влияние перемежаемости мелкомасштабной атмосферной турбулентности на характеристики узких коллимированных лазерных пучков. // Вестник МГУ. Физика, астрономия, 2000, №2, с. 32-34.

79. Арсеньян Т.Н., Зотов A.M., Короленко П.В., Маганова M.C., Меснянкин А.В. Апертурные эффекты в лазерных пучках на трассах с перемежающейся турбулентностью. // Вестник МГУ, серия 3, Физика, астрономия, 2001, №3, с. 46-49.

80. Арсеньян Т.И., Зотов A.M., Короленко П.В., Маганова M.C., Макаров В.Г. Интегральные распределения флуктуаций лазерного излучения в условиях перемежаемости атмосферной турбулентности. // Оптика атмосферы и океана, 2001, т. 14, №8, с. 677-680.

81. ArsenyanT.I., ZotovA.M., Korolenko P.V., MaganovaM.S. and Makarov V.G. Integral distributions of laser radiation fluctuations under conditions of intermittent atmospheric turbulence. // Atmospheric and Oceanic Optics, 2001, v. 14, № 8, p. 621-623.

82. Арсеньян Т.И., Зотов A.M., Короленко П.В., Маганова M.C., Меснянкин А.В. Характеристики лазерных пучков в условиях перемежаемости мелкомасштабной атмосферной турбулентности. // Оптика атмосферы и океана, 2001, т. 14, № Ю, с.894-899.

83. Arsenyan T.I., Zotov A.M., Korolenko P.V., Maganova M.S. and Mesnyankin A.V. Characteristics of laser beams under conditions of intermittent small-scale atmospheric turbulence. // Atmospheric and Oceanic Optics, 2001, v. 14, № 10, p. 818-822.

84. Арсеньян Т.И., Короленко П.В., Маганова М.С., Ломоносов В.Г., Таначев И.А. Флуктуации лазерных пучков на приземной трассе. // Квантовая электроника, 2005, т. 35, № 2, с. 119-122.

85. Arsen'yan T.I., Korolenko P.V., Maganova M.S., Lomonosov V.G., Tanachev I.A. Fluctuations of laser beams in city near-the-ground paths. // Quantum Electronics, 2005, vol. 35, № 2, p. 119-122.

86. Maganova M.S. Statistical characteristics of light helical fields in turbulent media. NASA, Proceedings of Nineteenth International Laser Radar Conference, v. 2, p. 745, 19ш ILRC, MD, Annapolis, July 1998.

87. Arsenyan T.I., Korolenko P.V., Maganova M.S., ZotovA.M. The peculiarities of propagation of narrow collimated wave beams in the near-the-ground atmosphere. IPSL, 20 International Laser Radar Conference abstracts, p.48, 20ш ILRC, Vichy, 10-14 July 2000.