Статистические свойства лазерного излучения в турбулентной атмосфере при проявлении эффектов теплового самовоздействия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

геЛКСГЕгСГВО ВГ-ЗЛЗГО И с?ГЗЗГО

стпшшсто 0е>л5с>злнкя ?с<?ср

w

ТС:.'СШ0! СШНОЗ ОКЕЯа ' СКО? РЕЗОЛПНЕ И ЗР7ДСБСГ0 КРАСНОГО ЕШЕНЗ TOCSBKTBZHHE ЖШЕРСКХЕГ ÏT-.5, В.В.ЕУйНйЗНА

Es прггаг pjKQKcz ЛН: 535.2+E51.501.7

cajt.iao пгоъ. екггагаеэт

ioau-tiuvji СВОЙСТВА Л/,с1?Н0Г0 Й2£ГЕЕ2Я В ТТРБТТТЗТНОЙ AKOCÍZ?^ ПРИ П?0ЯЕГЕЕ:~?

гггшгсз шлвзото сшкшйсшя

{cosnzaaaoe» CI.04.05 - сягоа)

I в ï » э s б s р з : ггссгртлязз zt естсгсвжв учевсЭ cssjsse

•» IPéS

Работа внлавнена в Институте оптики атмосферы Сибирского отделения АЯ СССР

дсжтср физико-математических паук Базах В.А.

доктор фдзико-штеютических наук Кандидов В.П.

кандидат физико-математических наук Колосов В.В.

Зе дутая организация - Институт физики атмосферы АН СССР

Запета состоится 1 " 1989 г.

в_час. на заседания Специализированного Совета

по зг-агге диссертаций на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук при Томском государственном университете (634010, г.Токск, пр.Ленина, 10)

С диссертацией иеянл ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета.

Автореферат разослан " " 1989 г.

Научннй руководитель -Сйяциальше шпшентв -

Учений секретарь Специализированного Совета,

кандидат физико-математических наук Г.М.ДеЕковя

I. ОЕЙЯ 7J5PAKTSFECTÏSA РАБОТЫ

Ая??аяь5о;ть текз. Использование лазеров в сгетенах аскапая, эсздярсзаяия, сзязн и нагхгацзл поозавзло перед оптеяой а радзо-фзгзксЗ ряд пр2шхггт!зльннх я прзкледнаг задач в cdxac-л исследований яо расзрсстраяенгэ озтшггсгсго излучения в случайно-чеоднородной asïocôsps. Дзло з ïcm, яго прн передача сптичесяого сигнала через ат.чэсфгру зсзяакает флуктуация а^злвтудн н фазн поля ргсп-рсстразюкцаЁся асанн вследствие сяуча5яс2 хгространственно-врег.'ен-нсА зггзнчгвовтз показателя ирелскяеяая среда из-за бзсясрядсчно-го турбулентного сэраизсгваязя зоздуащпс пасс о различной текпера- -турс5. Турбулентность экосферы а рядэ случаев нсгет оказаться фширса, агразачззапцгн возксзасстз састэм, зсясиьзуюгх лазерное вздучзЕзе, та« жвж сна ярзвсдзт к нарузянзв когеректяостя, утщра— азв лазернах яучзсз, олуча2зс:?у ззмзнзнгп Еацрааяеная их раеярсст-ранетггя, s ссяалеяиа фаухтугггЗ интеасягноста ззлученая.

Лрз расдрес5раявязн везет: лззорпзх лучясз з атмосфере заявляемся друге* ectcihüií асгагзтгзЗ - ксетсосязостн, сфазук^гася вз--за эсаявлсяяя еаяучекяг па среду. Дая агиез^зра гагбеяев нягхо-перегетни но кс^лоатп валучеггя является теплезез carra, Еозггл.тагг.^е вследствие га s се его я аэрозольного вотяопензя часта эгергаа пучка. Прз тзплозегл егксвоздаЁстэзз случайннз гскагенгя пучга, гиигзаезке ат^ссферзсЗ ттрйулеЕТясстьз, reryr гтрс;гсгс-лть, ее йене сегулярноЗ дефо^усгрс?^ галучзйзя, <йжгйяея пучга на ветер я других зфэзктоз, вгаадях кесто е екясэаяЕНх средах. Внзздея-янэ азлугзязеж случа£нн-з касднсродпостз тетззратурн, .ара определенных уелспаях, схазндает сущастзенкое еляянгэ яа статгстзчвсяие свойства лазэриого

Cocícsaze вспреса. К ЕастоЕцгг/'Ерзйшя резан бояьпой круг задал, относзпзхса s гроЗлекэ kescsœ» егггсвоазэЗстзгя лазернсго ззлуч5тзя з турбулентной актасфзрз. С^с^гэяпэ регултсжа Tsepstra-*зсззх s экепгргаэетааыгкх зссяззсзеллй s зтей сбласт.™ пат-гслпэ ггеяна £5>озвдевз а »шярафах В.З.Всрсйьзда. 5кг «сувтяческзх дс-сяаагсвгай теисгето сзасзогге^етгте в сре-

дах пргвгжсгсь разлзчЕзе кзтедз. Палбсяее звйлейеггтелгзсэ psaema îastoro рсез гадм ssrwrao па ссяогэ ^sassœero коязларспажзг аро-çeçça |sa««5)î9}!passinia иэлутанзя. Б ^аззЕозга, дяг ко-

ратагуетег сэ?еа: сгпткскг^з^жх всяггаяяг. Однагго, ч pcícríx В.П^ГгютдсЕ«!, n.A.Rc.cîi»2„ «.З.^сзоссзз п аг с^лг-терс;, где- прг-гданется зге? .гс-тггг 5зс¥57сз xejcsys/tpcsíst яучзз э г^р-

булепткой срздз, у^ет "гстзегззншп:"' флуа^гззЯ погаоаъ.ля поалсм-лендя среди н лл./лтуаплй слсрсстл ssspa ка ирассо раоярсо1раг2.шг осуществлялся по огдглгяостя. В реальной атмосфере оба ®sz фадгора прпсутстгугт одяозрс;..гяяо л клг тот, так 5; другой ногут r^ocasi равнсдэкякй гп.1ад в noc-iacc чспдоаого самовсздоЗстьдя недозрелого лглученля.

В тесротл'/ееллх дсслепсгаьля-; îsjkoshx гсдадзнл;; пучго;, раап-ростракяясдхся да гиргпсальэтх трассах,выполненных П.А.Кшяевг^:, В.П.Садсзя»:ксгдм, З.В.Кодосозым и вх сс£зтс;;а?.у ке уте'Гкгадсеь глдякле агА?сс&рнсй турбулспткостк ка распределен:^ ередьзй лнтек-сггяосга s ялоскосгд наЛЗЕцекдя. Одяало, кесохеддгссть такого учо--a мозвт возникнуть при анализе расЕрсстраяенгл пучка на наклок-кдд зротяденнУХ трассах 2 случка ясрохкогод'сдих лазгрс? и пр-з бсльпоЗ кнтйясдвности гугбулеатнах вульс&сг:*. асдаэаселя срзлссде-нпя воздуха.

Уровень слуктуацпй кжлзхугй к ¿asu слтпчеексл еслнк, р.аслро-страчяюсчйся в турбулеиткс;: гтг:ос>^брз я уедег.дях лзсдслогэ сдкс-acr.действуя, зависит or гакдл йлхтсроз, дал гурбулял^нлэ гоголя на трассе распространен;^ (сгдсскгикяо ¡глукгуаткй асжоггл^ля прс-локяе ля л -короста готре), с;сл2яь пространственной л вргк^язсД когерентное-:« ноля хоточл,л:а, jeacjи;: с:£ракпйи на яадучаа».??. апертуре ï. кааяссть азлучекяяг. F г.сг.ульгасэ ?ос-;етяческях лссле-сьаял;? дсгсреятисста л флуктутллл ллтснс.теллс'.'д .л^луяоллл кал с л-зполъ-говаяяеи кетогла ссатясгпчг.ел5.л лег^талл:-. л работах В,П.!/лнл;<логй с ссавторадя к П.Л.Коняева, тал д ка ссгозс гл.аллтллееялх дэдходов, пргкенявплхся в работах В.В.Бсрсблева, С.Гсчелппзялд с ссаьтора-.та и других, были вияпяены nnrcriOOTpnccv,? ксг.едсяяя пуяка в неля-неГгной турбулянтной среда с учете;.: рогля'якх перечвслеки::х вшзз саг тор ов. Слнако, ка комелт начала ркЗоты luyt диссертгалсД оставался сткрнгж ряд лахяах с ручной и лрлктллесксГ: точка зрения ь.-лрссоз. В частности, бнло л- ьяяснено до конца. кал лелут себя когерентность и флуктуации лнтенеллнеотл pnciipccrpemrmrocn излучения так сосг.'йстнсг.* учете турбулентных вариаций скорости ветра ь показателя прелсалеявк срег.ч, кал влеяет при этой на флуктуацлек-нуе ха-актеэясткки пучка степень ¡трсотраиствонной когерентности л с." источника. Полясст^п га предо лага 2эт.в»япя исследователей остались такие глрлктеопстлкл, лак пространственная корреляция пктен-сйвяосте 7 дгсдерсяя сл;чл?ллх с^ленлл пуч:'а л тех мучалл, когда гель s" npccscce тс-ллслсго с.:лйслс:,;сг:с:л-:л airew-î ещуктугдвл

лло~сстл лзт-ла; :■:?.- СЛ,л плсс:.'слр:л: л^лроз с ллллллл lyrcvrcnr-.c:':-. :.v p- л; л tí лллл лл 7 л т а : -i с " 2 п : : слгплсллрлсг'О лсллгл лллло-

Глл лсс,лзлсл--л;;л теплело:'.-? сл^слслдалсг-лла

лллллнлуллол в ллллслзрп лля псл^ляая ллл:;.: л об з^ослслллзлслллого ллдуюнлл ua'-r.Oïjn лсппллоглл дяклле сб лглзпе-лгла.лллглсз зслдллрлллего путла гглллЛ '""злглоллл, лалллеаллаллл?-ллртрл лалзлзллого лзл:;7л?л:лл:' лачадл, йл?сь со^язздзсь из paссл.'етрэллгл.л", - лаоглоотл, пглллз длгг пралгллл о .*;/:

о:-:нсм лаелрсз'грллгллл еггга з г."л^слзл:п:сл зрел'' .л лллслллл. пане-до п." ей ке одпор едяоо* а пегаяатеяя лрглелллзнлл к о раопроогргкекгз Еояплрувгзго ßjnsa s лалалг. знллггруегсгя дллгглъеллл; лзлулзнлз:л.

: злу." дяссерг лдлсчяс.! работ:-? ллдлзгея тесрэт.ттасксз песледсда-nzs статл2тл~гск:!^ с?с2сга лаллоного лзлу-енля, раздростракк^з-

гося 5 г7рс?л-зягнсл Л1?ТОС.|*зрЗ пзл .ГП0Л2Л2."ЛЛ rjZÍGZCtt тгддодсгэ

Лшюз лсалздслаллз зкдягеег з себл:

1} cicpatíorsy "лелзнлего юхеда рас-.зса сродной плтзлезлнезтп ••:аогл"лло-::сгсре;:ткого лазерного сучгл, ргсдросграл.тдлзгсся з :хс::?рл прл тзплсле- сал'сзсздейсзвлл, гоззеллпдзго ооудэсгзягь од-«îO£p«f.'îKKUîî тлаг т7рб"лзк::тнх пулгеаплл показателя пргллг-пеггля г ллгллтуаелорсстл Esipa, 3 срсдедгиде га его ознелз апаллза . гздлоьс" дзЗслуслрезлл пулла ira герлгел^алнп:::, дг.аледнцх л взр-тдгглкллл трассат з ai-vocf-spe ;

<) лззлзголлдлз зл'',лкля лезллллгддг лрл .гг'озоздеЛ-

сгллл лз-ля ^луктуацлЯ скоросгс ?«тра т-згягерггуржд "зсдлсрсллсс-er:га шострлл.ггЕЗлиуз лсгсрзлтлссть, олукллаллл пзгзнелл-лл;лл л с;,ула:.лл; сл:л:ллд луллл л гул^улзд:-::л лл-'гл'-рл;

3) рас~е? с1аллг;У:;лгсл!!л xnpsnvapscras лоля зллдлрулллл: г.у~гг з з ад*ес$ерннх лалаггзх, создавае:™: ларергллл азлучонзам.

Называя ;-с5лл;~а гооладтааядД зостслт з елллу^ллгл: Рагра'лллл in г од позволят::!';!, я ciarara ох лзлссгл^х породой, прс20дг_ь pao'-:erj олзргзгллзекг:;: S2pa:rísp2CíP.K лл.перк"л пучкоз, ргстаостезяяЕгцж.-: год гзплезем са-'-азсплойстл-л;; s 7c.10nz.nx лролалля ат).'со5орн'п: паса::зтрсз,лгпзсрз.г.сглллпа л'1 яягзнслзаосгз, суозеггеппо солладазт вэ-г-гк лл T"f

2 рас^лрлгт зсзмопюссз члелеггнегэ аллл-.лаа.

С cckccïo 0-01*0 ке5сзз прзЕздзно ясследо^авао ий^геияГг i*c.7îcrc лазерного nyixa з amocíspo прп рззл1галх гур^удепппг^ л нэ.ллк(;Г.-усло^зях расарос^рапендл. Показало, как алпл'зг vjp^sktiíuí

вариация скорости ветра в показателя преломления среды гри их совместном учете на тем037л дефокусировку пучка. Еяервнз таад-ставлекн расчетные данные по средней интенсивности для нестационарного режиш теплового саксв оз де 5 с твия с учетоа естественных флукгуаций показателя преломления при турбулентном движении воздуха в области локализации пучка.

Выявлены новые закономерности поведения шлуктуациояних характеристик частично-когерентного пучка непрерывного лазерного излучения цри различных нелинейных и турбулентных условиях распространения света ь атмосфере. В частности установлено, лри какзх условиях величина радиуса когерентности уменьшается, а характерные пространственные масштабы фяуктуацпй интенсивности сучка увеличивается вследствие искажений излучения на образующихся в процессе турбулентного перемешивания несднсродностях наведенной температуры зо сравнению со случаем линейно® среды. Найдены соотношения между параметрами среда и пучка, при выполнении которых с увеличением мощности излучения происходит рост флуктуаций интенсивности. Показано, тто дисперсия случайных смещений пучка как целого в турбулентной атмосфере при тепловой нелинейности превышает соответ-ствур-ую величину з отсутствие самовоздействия.

При рассмотрении задач зондирования атмосферных каналов , наведенных ¡.тошным оптическим излучением (МОИ), обнаружен ряд новых эффектов. Показано, что при лохацяошой схема зондирования канала, в оглячяе от "чисто" турбулентной реды, возникает усиление средней снтеасивиости волнн. отраженной зеркальной поверхностью. Обна-ругено, что инициированные пучком импульсного МОИ акустические возг-тсекЕЯ плотности среды в турбулентной атмосфере при определениях условиях, когут существенно изменить статистику ^яуктуаций интенсивности зовдкрутаего пучка. Характерный временной масштаб этих флуктуаций начинав" определяться временем пробега звука через поперечное сечение пучка МОИ.

практическая значимость работы заключается в следующем.

Метода, предлогекнне в работе для описания статистических свойств малого лазерного излучения в турбулентной атмосфере, дают возможность проводить оценки искажений пучка с учетом наиболее важных ¿акторов, мнящих на прсцесс его распространения. Пакеты прикладных программ, созданные на основе этих методов позволяют гффек-7лчно грогноз.тровать поведение характеристик излучения па реальных агч^'.'ферк^х трассах и наели 1>ргмеязнае при выполнении работ по зрахлцдлой тематике.

Пспученкне в работе результаты расчетов характеристик излучения, распростралягсегося в ре£ракцяояпоа канале, могут быть использована для гтнтерпретацяа экспериментальных данных по зондировании изменений оптических параметров атмосферы под действием пучка ГЛОИ з дплзны учитываться при сценке точностных характеристик оптических локаторов, предназначенных для работы в условиях проявления нелинейных тепловых эффектов. - -

Достоверность результатов диссертации подтверждается их совпадением в частных случаях с результатами расчетов, выполненных различными авторами методом статистических испытаний, удовлетворительным согласием с икеветкися зкспериненталкшми данными для некоторых характеристик пучка, полученными в Институте оптики атмосферы в натурных условиях.

На задиту выносятся следующие полегания.

1. Разработанный в диссертации метод на основе уравнения для функции взаимной когерентности- поля, позволяет проводить анализ распределения средней интенсивности частично-когерентных лазерных пучков, распространявшихся в атмосфере при тепловом самовозлейст-вии, с одновременным учете® турбулентных пульсаций скорости ветра з. показателя прелегмения как для установивсзгося, так а для нестационарного режима самовоздействия.

2. С увеличением параметра нелинейности i-Qc/RHÍ искажения пучка непрерывного излучеявя на наведенных вследствие турбулентного пере-мэпзвания температурных неоднородностях воздуха растут и, начиная

с определенных значений küf/RHt , относительная дисперсия интенсивности излучения при тепловом самовоэдействии • превышает уровень, соответствующий линейной среде. Одновременно происходит увеличение радиуса пространственной корреляции интенсивности по сравнена со случаем О вследствие аовыплэиия рати наведенных, более крупномаептабных, чем "естественнее" неодясрсдностей температура .

3. Изменения показателя преломления среды в области нокатизадии пучхга за счет среднего градиента наведенной температуры вызывает увеличение амплитуды случайных блутданий пучка как целого по сравнении с линейной средой. Случайные неоднородности наведенной температуры, возникавшие пч-за флуктуаций скорости гетра, приводят к дополнительному увеличению дисперсии скепенлй пучка.

4. С увеличением оптической силы канала МОТ з турбулентной атмосфере зондирующее излучение на локационных трассах в таких на-пзлах ?рансфсрш!руется и, независимо от дифракционных размеров ис-

точника и отражателя, преобретает вследствие дефокусировки свойства рассеянной всянн. Это приводит, в отличие от "чисто"турбулентной среды, к появлению эффекта усиления обратного рассеяния и в случае отражения плоской волны от безграничного зеркала.

5. Распространение зондирующего излучения в каналах, образованных мощным импульсным излучением, при определенных условиях существенно зависит от акустических возмущений плотности средх, инициируемых пучком МОИ. При этом характерным масштабом, определявшим статистические свойства зондирующего излучения, становится время пробега звука через поперечное сечение пучка МОИ.

Апробация результатов. Результаты исследований не теме диссертации опубликованы в девяти научных статьях и догладывались на УЛ Всесоюзном симпозиуме по лазерному и акустическому зондированию атмосферы (г.Томск, 1984) , 7Ш (г.Томск, 1985), П (г.Красноярск, IS&7), X (г.Якутск, 1989) Всесоюзных сл.'/лозиумал по распространения лазерного излучения в атмосфере, У? Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (г.Аяка-Ата, 1987), Ш Всесоюзной конференции иедодых ученых в специалистов "Теоретическая к прикладная оптика" (г.Ленинград, 1988), Е Научной конференция "Лазеры-88" (г.Пловцив, Болгария, ГР£3).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоят из введение, трех глав, заключения и списка использованной литературы. Объем диссертации I5S страниц машинописного текста, включая 38 рисунков в библиографию, со-ергацую НО наименований.

П. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой проблемы, анализируется состояние вопроса, формулируется цель исследований и основные зажигаемые положения, Излагается краткое- содержание работы, отметится новизна, достоверность и практическая значимость полученных в диссертации результатов.

? первой главе исследуется средняя интенсивность частично-коге-рентяого лазерного пучка, распростраяягкегося в турбулентной атмосфере при тепловом сямозоздействяи. Расчеты данной характеристики посвелены с помояко метода, предложенного я разработанного автором. Изложение этого «етода дано ь §1, где формулируется задача г в §2, где описана численная схема расчета средней интенсивности. Суть метода заключается в следуюкои.

Как известно, распространение оптического излучения в турбулентной атмосфере при те слов су самовоздействий описывается уравнением

1-яе - комплексная ашлитуда поля, удозлетворягазая в

плоскости х'=0 граничному условию ^Т^) ~

- вектор э плоскости, перпендикулярной направлении распространения, ■£ - текущее время, Я - длина вслны, Д.^- =

\д /о(„ - коэффициент поглощения, ё( ~

- изменения дизлеятрическсй пронипаемости соответственно нз-за турбулентности ш кагрева воздуха излучением. Изкзненяе температура Т мояно предстазпть з виде

~«я

гяе Ср - плотность я тешюекхость в оз.духа соответ-

ственно, V,-{'/г г Уд} - поперечная составляющая латраяяевой скорости ветра £<у£> ={ V, 0}) , X" - I ¡Е | - интенсивность пучка.

Зажги ксмептом при обоснсзаняи метода является предположение, что врета когерентности паля в плоскости источника та ого меньше любого аз характерных времен нелгнейного взаимодействия излучения со средой, а на трассе распространения реализуются условия слабых флуптуаций интенсивности (параметр ¡З^ — у где С* - структурная характеристика турбулентных пульсаций показателя прелс/ления). Это позволяет при расчете средней интенсивности <С1У наведенную температуру Т* в (I) за-ленкть ее средним значением <" Т)> . Среднее значанлэ температуры удается найти из вырагеяяя (2), полагая^ гаусссзоеть распределения ггсилоне нт вектора скорости ветра

Вся трасса ж разбивается на Л/ сяоев. На передней хра-нзцо какого слоя гурбулентнна искажения поля ?атпа учЕгиг'.'отая з врсаЕЕЕениз £азсвр?о экрана

гае £ = -(г2у . Внутри^ у -го слоя поле Е) описы-

вается уравнением (I), где ^ = 0 и Т заменена на .

В предложеюш с^ - ксррелярованности вдоль траосы распростра-ненся в колмогоровсЕого спектра турбулентных пульсаций показателя преломления душ функции когерентности])> иото пслучять уравнение / </ </

с грангчнки условлен в плоскости раздела двух слоев

Где хо = 0, эс^-Зг. В (5) тзспояьзсза-

на квадратическая аппроксимация показателя экспоненты.

Следуя ранее опубликованным работам А.А.Зенлянова в соавторов после перехода от (4) к уравнению переноса (уравнении для

^б^Я/зГ, в ) и последующего его репензя^

функцию когерентности иогзо представать в виде

% дЩч)±)е 7 (6)

где КЫ) удовлетворяет уравнение

^ —*• г/ ^ /

с граличннш условит-тк РСОх-) ~ К } ¿"-Ж'*;) - .

Интеграл в (6) вычислялся приближенно аналитически после закона Ъ'ягж^ У/ на гле Гае ; =

,£.)]. качение •32.*, пра котором функция прин^хазт какспмалшое значение, определялось после чяслечнсго ретания уравнения (7) для различных значений гз сксте'л;

уравнений ^-Л^ае = О.

С в с я 'лль зеваня ем папного полхота в §3 проведен анализ ср^пяеЕ гштенсйвяостк в установев^ечея ре.тлте

с-шоЕ^здействля в случае болыазх параг.ктров нелинейности при различных турбулентных услсЕ?.ях расгтросхраяения, опрепеляе?.1:х значе[Гяяуй_П9рялятроз и <?г , где ,

--- -ко;/у 4-

- элективная длгна теплового огловозиЕйстапя при езнорезном не*-

- П -

ре, <2С -радиус пучка, - радаус когерентности, 1а -

- маяситльное значение средней интенсивности з гаосностз излучения, (¿у - дисперсия фгуктуациЭ сгсяэостя ветра, г =

+ О^/О^ ~~ параметр, характеризующий турбулентные условия расоростраиения относительно флуктушай показателя преломления. Как показала расчеты з области ^Р"^ -/00, когда , - О или <э*/У%о , > 3 роста кая-

симума интенсивности < Дс расстоянием зл .характерного для однородных сред (С? у- Оо о) я возникавшего вследствие локальной фокусировки пучка при Еетровой рефракции, не происходят. Совместный учет флуктуацлй скорости ветра и показателя преломления пра расчете 1)> показал, что возрастания <"с расстоянием X не наблидаится, начиная с еше мзньдих значений, чем (о, /уг = { й £т - 3 (в частности при 3 и 1 )•

3 §3 приведены таязе расчетные даянье для характеристик распределения средней интенсивности ( <СI \ , смещения »агспмука средней интенсивности и центра тяхестя распределения средней интенсивности /?с пучка) при нестационарно« режпкэ теплового самсвсздействия. Показано, что при значениях (э/^У^/ указанные характеристики в отличие от случая / ведут себя монотонно во времени ч выходят на стационарный уровень несколько ранъсз, чем при (¿у — О

Сравнение результатов расчета характеристик распределзная средней интенсивности, полученных с псусдьв используемого в работе подхода, с расчетами га т од см статистических испытаний,- проведенными 3. П. Кандидовым и С.А.Шлеяовым-при С* ^ О 2 П.А.Кс-няеркх з В.^.Колосовым с М.Ф.Кузнецовым при Со у ^ О продемонстрировало удовлетворительное их согласие.

3 § 4 с использованием моделей высотных профилей метеородоги-ческих и оптических параметрое, атмосферы для средних широт проведен анализ средней интенсивности лазерного пучка, распространяющегося на вертикальных и наклонных трассах при тепловом самозоз-действии. Учет влияния турбулентных флуктуаций показателя преломления осуществлялся на основе модели высотного хода С^Ок, предложенной У.Ч.Грачевой и А.С.Т^рвичем. Показано, ч-.'о при расчетах тепловых искажений лазер:шх пучкез з атмос±ерэ зо многих, щ-аятяч^скл важных ситуациях необходимо учитывать влияние турбулентности. Получены формулы, позведяюте по значениям лайкра р?с-ччтняаемах численно функций на выхода лз эффективного 7сездйгп:эго слоя атмосферу в плоскости зг - х э находить рапкера ? суедегне

пучка на любой трассе не проводя непосредственных вычис-

лений распределения средней интенсивности ..

В § 5 анализ системы обыкновенных дифференциальных уравнений ,туш радиусов , ) и смещения /?е ^ £) пучка, по-

лученной в беваберрациокном приближении из (I) в пренебрежении фяуктуацияш Т~Т- КТ)- и , позволил получить простое вы-

роЕакае для аффективного времени установления стационарного режима теплового самовоэдействвя

4г ~ (8)

о*

Где - С?с/У -Яо^&г лаграчгев вре-

менной масштаб корреляции флуктуаций скорости ветра, -

временная корреляционная функция лагранзеевой скорости ветра. Сравнение результатов расчета тепловой дефокусировки пучка с экспериментальными данными, полученными сотрудниками ИОА СО АН СССР, подтверждает вывеян теории относительно характерных временных масштабов установления стационарного режима теплового саыовоа-действия.

Вторая глава посвящена исследованию влияния тепловой нелинейности на когерентность, флуктуации интенсивности и случайные ске-щения лазерного пучка в турбулентной атмосфере.

В §6 проведен анализ флуктуаций наведенной температуры, воз-никавдях при турбулентном перемешивании в области локализации пучка. Показано, что дисперсия этих флуктуаций всегда зависит от времени корреляции скорости ветра . С увеличением дисперсия (р^ в время установления стационарного режима флуктуация наведенной температуры ¿сг возэас-лгт. Для области £ < 2 голучена формула £Гт ~ 3(^^-/1/.

С учетом флуктуаций наведенной температуры, обусловленных турбулентными пульсациями скорости ветра, пачученн зашенутке уравнения соответственно для функций когерентности второго П в §7 и четвеотого Г7. б §8 пооялков.

- г—г

На основе решения уравнения для в безаберрацле-шеу сраб-

леейкх; в §7 проведен анализ радиуса пространственной когерентности лагерного пучка. Показано, что с увеличением мсглостг пучка сгпрссга'/гсго заяучекия колет происходить узгудкзщге когереров« та юг.сдствие вскагенся паля волны на кеоанорсдксстяг }.члсде1л;сз. тегосратурц, •обрагз'адгхоя в»-за ряороа?» I^ш-..

В §8 в предположении слабых флуктуацай интенсивности ("уЗ/ < ■{) в результате решения уравнения для методом возмутаний най-

дено выражение .для пространственной корреляционной функции интенсивности В^&.&Л) • Проведены расчеты диспарсяз &г =

= в максимума среднего распределения интенсивности для нестационарного режима теплового сааовоздейстзия. Показаны различия зависимостей &£ от времени ■£ для случаев полностью когерентного = я частично-когерентного Са£« «Оо) излучения. Из результатов расчета (эт я Вт следует, что о увеличением мощности получения исламе язя пучка на неоднородности?:, образующихся в результате турбулентного перемешивания, начз-нажт превалировать над искалениялга на турбулентных не одно? оде ос -тях 61 естественной атмосферы. Это призсщзт, несмотря на дефокусировку излучения средним температурным профиле »л, к росту флук-туацяй интенсивности пучка и увеличению их характерных пространственна: масштабов. Пря 4 а 0,0-1 ^ ¿/ко*£ О^г такая ситуация возможна для мощностей

р > гглц (р„ср Уа0/\^уп):\ с'а^/г^ о)

где - внестий масштаб турбулентности.

В §9 проведен анализ случайных смешений пучка в турбулентной атмосфере при тепловой нелинейности- на основе расчетов дисперсии смепенпй, определяемой по фор5яуде

(ю)

Пря этом в качестве 3Г использовано выражение для корреляционной й-ункции интенсивности, пмученное з §6. Установлено, -что изменение показателя преломления среды в области локализации пучка за сг'от среднего градиента наведенной температуры вызывает усиление смещений пучка. Случайные неоднородности температуры, образуйте ся вследствие флуктуаций скорости ветра, приводят к еле большему возрастанию (Ьр .

В третьей глазе рассмотрена задача о распространении зондирующего пучка в атмосферных рефракционных каналах, создаваемых мощным оптическим излучением. я

В § ТО приведены расчетные данные по средней янтеисярпестц (Г) и радиусу когерентности излучения, отраженного з турбудент--

ной атмосфере б условиях наведенной температурной неоднородности показателя преломления. При заланЕи диалектзическо? прорятаемоств

£ в виде , где - харак-

теризует оптпческув сплу различных участков канала, необходимое для расчета 1)> и рк рекэнве уравнения тля второго ^ги/ечта локаяисняой фушдяи Грина удается получить в двух предельных случаях Рс« 4 и Д . Показано, что с увеличением оптической селв канала <^1/ я рк начинает вест? себя так re, как г. при рассеянии сферической волнн на точечном отражателе, независимо от исхопной геометрии источника и отражателя. Рассмотрено расподселение средней интенсивности отратанннх волн за объективом телескопа. Установлено, что пслсжгнке плоскости резкого изображения отражателя зависит от оптической силн канала. Опрекелены оазмерн областей локализации аспекта усиления обратного рассеяния. Показано, что онп зависят как от оптической сили канала, так в интенсивности турбулентности на трассе.

В §11 исследуется дисперсия (5Т н временная корреляционная фуккцвя интенсивностиBs(i<rtJ зозлгрую-дего пучка, распространягае-гося в канале колкого импульсного излучения в случае связных трасс. В воя нов сел уравнения в качестве регулярного возмупенкя диэлектрической црошщаевости средн поп нействяем V0H нспользо-

Л, J

вал ось решепве акустического уравнения для сг в прв бляхе яви короткого ( ¿о« Ос/Со , -¿0 - длительность импульса, Сс - скорость эвука) тягульса. Регеение полученных с использование« гипотезы "за-иороленноств" турбулентности уравнений зля етсоогс г. четвертого «агентов паля нэпрерывного зскдирухгаего пучка, распрог.траитасегося соосно с гттчкои МОИ, в склу лредполотангя слабых тлуктуаггР интенсивности находилось катодок возмущений. Из результатов расчета следует, что при е остаточ^с бслг-в? сптпческо? силе канала ¿'J врегекяая корреляция интенсивности зондкруксего пуука становгтся двуззгасшгабпоЯ. ПервнЕ каспгаб, определятся? область высокой корреляции приблизительно равен времени пробега звука черев поперечное сечение гладкого пучка. Ртсрой касттаб, харак-терпзугзя* область слабой корреляции, ишгет величину, кстсрач прегизпет размер;: временного радиуса корреляции интенсивности в турбулентной среде в етсутствие канала. Разыгтая теергг позволяет ойъкснеть .чаблвдавЕзйся в зкеперякзнтах 9бфект укезкдеягя ратгпуса времзкло2 корреляции зецдирухцего пучка при распространена в атмосфере внутри канала, создазаекстс Еэтульсва залутеявк.

Б заключении саор^лиравакы оснознзз выводы диссертации.

0!. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Для не следования тепловых нялднейннх яскагэняй профиля средней Ентенсазкостз частично-когерентных лазерных пучдсв.распросз-раняетлихся в атиосфере, в работе на основе уравнения для функция взаимной когерентности поля развит метод, позаояявдий одновренен-яо учитывать турбулентные вариация показателя преломления и скорости ветра.

2. Показано, что флуктуации скорости зетра я показателя преломления существенно препятствуй? локальней фокусировке излучения, возникавшей вследствие ветровой рефракция при больших параметрах нелинейности.' Определена турбулентные условия распространения, при которых 2 атмосфере будет иметь место лязь укэяьпЕнге с расстоянием максимального значения средней днтенсявностя.

3. в результате анализа нестационарного режима теплового самовоздействия установлено, что усиления турбулентного перемешивания способствует более быстрому и монотонному выходу величины средней интенсивности на стационарный уровень. Определено эффектявное время установления стационарного рекнна.

4. Показано, что поп стенках тепловых искажений профиля средней интенсивности на вертикальных и наклонных протяженных трассах в атмосфере' во многих практически важных ситуациях необходим учет влияния турбулентных пульсаций показателя преломления воздуха.

5. Повктение мощности пучков непрерывного излучения в турбулентной атмосфере вначале приводит я росту радиуса пространственной когерентности за счет тепловой дефокусировпи, а затем.вслед-ствие образования из-за флуктуацнй скорости ветра наведенных температурных неоднородностсй воздуха в области локализации пучка, вызывает ухудшение когерентности.

6. С ростом параметра нелинейности уменьшение уровня фтуктуа-отй интенсивности пучкз, связанное с тепловой дефокусировкой, гтри выполнении условия (9) мотет смениться их усилением. Одновременно происходит увеличение характерных пространственных масштабов флук-туаций интенсивности. ?го связано с тетя,что превялирухзиуи роль

в искажениях лазерного излучения при указанном условии начяяагзт играть случайные неоднородности наведенного температурного геля, образующегося при турбулентном пэрекепяванпи воздула в области локализации пучка.

7.Рефракция излучения за счет среднего профиля наведенной температуры в турбулентной атмосфере обуславливает рост ашлитуон случайных смещений пучка как целого с увеличением его мощности. Сб-

pbsysnji&cn i:p.i стал ноодпородяоетк ка1.гдеппс2 üí-s.-.

ф-'.ухг^-уатгй сиорсст;: caspa келлггсл допслнигел!.;;::.'' увс-

лгч<;к;:л дксдерс;;.' ск&зекяЯ лучка.

5. Пой лохая;.снно" .распрострает1г::н излучения г. кз-

líi-sax MOi», ь асл.т-.ле сг ''чисто" туроулсг.ткс^: сраг.ь:, ;:гоог м-стс ¡»-)сект усзлагшя обратного рассегт;;1" к 2 муча: сгрг. скпя плозхс:-. ва~;п: с; вёпьазкго2 поверхностл. С уг.сл!:%е:гйа:-: с.гггчгскс* сг.."Л канала средкя.ч ::;:те;;с;;зкость г ркдпус ксгзрвкхяостг crp-isrHnxv т.&хрт:а-я качпкг.сг вэетг сеоя влзлсгзчяо случа.- раосе.-.п;:я ciapz-г-сл'Ш на "о~счлсгл отражателе. 9. Акустгчисксь возмуггипя глэтнзссв псздухд 2 г\т.£.уд8кткс2 ar^ocícpc, гпгзк:.руемз8 ксхзг.: гкяульсиа: излучение:: пр;: оптической епле какала, сгтределязуз! гнач^ггссь* t OJ'C:CIS2:Ü:O

к& сгаулстхку спуктуал-л;: глггепскг.постп оояд<:?у.гззго птчпа, Б чагг:-:&ггп, гозгкгпзгенз х/ре^згсз» гторролягз!й слаС-:;: фпуггуацп,'': гк^експвнсстг стшхэзптся Удсвгаб, сгрздсл/гелй

области r-íscicoi: ^оррслетд, приблдзптелню pasan врссзх; врсо.'га ei-yj;a хгрег ьоязрсчясе сэчгк^' незлого иуч-та.

Ссксзпкз раЕул^татк диссертации сп> слеггссапп в рас»:а:::

1. lena:: Б,Л., пропев Ь.Л., йлгясго К.К, Отраг.скг.г спета i, rype-¿auTKOi. a?s:ooí'ups в условиях нагедгкло:: тегллезатурчо;-. г;ес~но-

родиоо-.Ч! показателя прелс&акзгя.' - В кк.: УШ Ьоессгзгсг сплпо-C7JJ: по ¿азернеггу к а.тусгэтгс^о.-.Т' »кпгсровЕжа- Ч.Г..

- 1с:л"\ IS3-Í. С.47-44: ;¡ss-.r.jsoz. ?гд«сг.":с;:ка, I?¿6. Т.Г.г.

2. ohcz : ^Н.Глс.-лп:: :...:/ . :.;•.

i;p.;: лплуг г.ерриляглю ";irc:-;c;.'£:í:.j-í; •. . -

г:-:. :í; ¿терпел;; У Г. Ъагзсгацсго спг-лсзг.}. цо л-.-

£йъ::огс ззеуче-чпя в иТглес-З-ре. Ч.П. - Теле:;, 1£ЗГ.

3. Ej:.c;;: Ь.А,, С.r-.vixo I-.H. Koiúptir.ícccb лаз^рксго ггл/чг.-гя с;;;, exilióse* i ат;лог?'е~ D :

ХУ bccccbjK'i': гонрерсаалд г.с сйспрсе*р;у-.оаЕ» -

I;3V„ 7.3.'ó.

;;::-зрпо/о l г-., .......о o

- я.?. ü,o¡'-:.

5. Б.Л., ?.-:nosco b.l., ü:"va;>o П.г:., i.-:,

sirrchcnEHoctk' eso-.'a в {iiitcicepí-n;:: r^r: .^rcx, ;....r.T.

гджульешг« гатучеш.з;-'. - i:'.ji.rj...cr. Гс-гз^д;:. • - ' '.">!. V.'X. К 5» C.SS-50I.

5. йшгг З.Л., С.-ддлздо IL Я. О зягжаг агйсс$зрягх фяудтузцдй да-зздекдсй тедтзратур:! sa дарактгрзстпнп лазерного далудегод:. -

- Краптс-ая дледгрсядда, 1937, T.I4. ЙЮ. C.20E3-2IÜ7.

7, BaXTii Т.Д., S=ali2£ho 1.3. Tho iaxiusnce o£ turbulent nixi 113 or. ïho cbaraoïoriatics oi the transition ta a зtntiorar" rotins 0:' th^rsal seli-«etiea for jartieily eeherenï laser bee.r.s: - ia bock: III l'aticnnl Conioreaea acd Sscänical lr.hi-biticn ;rith International Participation "lésera ead Thair Applications", 19S8, ?lo-;di-.% Sulsiritt. 5S.

5. Скаляхо И.H. Случайнее с.-едзид- дадэрксго пупта 2 атгтесфзрз прз теплозоЗ делянг:!дсстл. - В :-дт.: П Рсоесдгдзя дояфсрендзд мслоднх упеннх з спеггсалястсз "Тесретддзсдад л прлхзэдвая од-, тдка",- Леддяград, 1333. С.45.

?.. Еаяах В.А., С.'галдхо 'LH. Ддспсрсля п прссгразстатнаад дсрреля-ггтя ППТ2НСЛЕПССТД логердсго дутда 3 турбулэпдяс.1 атггссфзре дрз sscscbc» гаисзоззе^сгвяз. - Ед^нтодал элггггсонг".?., 1533. г.15. ЛИ. C.234T-235Ï.

10.- гадах З.А., С:.-лл:'хо И.Н. Сду-гайдне сг-зпдядл лазерного пупп з турбулентной гяксафэрз ярд гзгясгсз са^сзсздг дсгдз?.. - Сптд-да antoctorH, 1333. 7.1. .«9. С.32-37.

IL : т. З.Л,. Сдаляхо И.Н. Нестадзснагноз тзгдсдсэ сзусзсз-еЛс;-ддз осд дгчс-дсггрегггясго лазерного пучяа з •.'урОудсятяоа аг-чоссере,- Язз.дузоз. Радлссдздка. 1533. Т.31, "il. 3.I4CS-I4I2.

12. Гаиах P.A., Сг.-ллдхо H.H. ЯространстзежгДл дерреляпдя s слудад-якв скезеидя лазерного яучда з турбулентной атмосфера при теплев ш самсзоздействпп. - В дн. : Лазерные пучка. Нелинейны-з эффекта з средах. - Хабарсзея," 1933. С.69-34.

13. Банах P.A.. Счаяаяо И.Н. Средняя гнтспсгаяссть частдчно-коге-дентного лазерного лучпа, распрос?ранягг.сгос.ч з турбулентной атассфорс црв теплсвог* с-ггсвоэдд^стзап :Epeпринт 1/34. ?смс:-гай научный центр СО ЛЯ СССР. - Т croît, 1939. - 32 а.

14. Еанах P.A., Керддс H.H.. Сстлдхо И.Н. Теплевсе сгмозсздействпе •-зстдчно-когеренгного .-ядерного пучка г» турбулентной атмосфере на вертикальных и наклонных трассах. - 3 кн.: Л Всесоюзный симпозиум по рас яо ост ране ндтз лазерного пелудэндя з атмосфере. -

- Тс'.тод, 1939. С.213.

15. Езкад В, А*, Смглзхо П.Ч. 0 злдяялз турбулентности на теплев се са.'-адогде.".стзг:е лазерного дучда и г^-го^рс. - Ояхлчд ат;,'од-Ферн, 1933, Т.2. Л9. С.939-345.

15, Егяах З.А.Дзрпдс H.H..Сдллядо 'Л.Н. Теплсзсс сшлоаозке^сгзяе ла-гзрксс nyvr.oa па неоднородных сгрсссах з йтмесфзрг. - Сятдга :-т-ID39. Т.2. }'ГТ. Г..