Модель фазовых экранов и ее применение в задачах распространения лазерных пучков в турбулентной атмосфере
Диссертация
Сложность получения аналитических решений для статистических величин световых полей в турбулентной атмосфере стимулировала развитие численных методов. В последние годы в теоретических исследованиях распространения лазерных пучков в турбулентной атмосфере интенсивно развивается метод статистических испытаний, или иначе, метод Монте Карло (ММК). Этот метод имеет неоспоримые преимущества перед… Читать ещё >
Содержание
- 1. Модели атмосферной турбулентности
- 2. Аналитические методы исследования
- 3. Метод статистических испытаний
- Глава 1. Метод фазовых экранов
- 4. Фазовый экран и модель фазовых экранов
- 5. Спектральный и модальный методы генерации фазовых экранов
- 6. Метод субгармоник
- Глава 2. Трехмерная модель случайно-неоднородной среды с широким спектром пространственных масштабов
- 7. Корреляционный анализ фазы на экране в методе субгармоник
- 8. Продольная корреляция в модели фазовых экранов
- 9. Генерация взаимно коррелированных фазовых экранов методом скользящего суммирования
- 10. Дисперсия фазы в цепочке фазовых экранов
- Глава 3. Пространственная статистика светового поля
- 11. Параметры задачи и расчетной модели
- 12. Реализации светового поля
- 13. Пространственная когерентность поля
- 13. 1. Функция когерентности
- 13. 2. Радиус когерентности
- 14. Дисперсия флуктуации интенсивности
- 15. Влияние продольной корреляции фазовых экранов на дисперсию флуктуаций интенсивности
- 16. Корреляция флуктуаций интенсивности
- Глава 4. Перенос изображений
- 17. Блуждание и уширение когерентного лазерного пучка
- 18. Влияние продольной корреляции фазовых экранов на перенос изображения когерентного источника
- 19. Протяженный некогерентный объект
- Глава 5. Зарождение и блуждание филаментов при распространении мощного лазерного излучения в турбулентной атмосфере
- 20. О фнламентации субпикосекундного импульса в воздухе
- 21. Постановка задачи. Физическая и численная модели
- 22. Влияние турбулентности на зарождение филамента
- 23. Длина нелинейной самофокусировки в турбулентной атмосфере
- 24. Блуждание нелинейного фокуса в поперечном сечении пучка
- 25. Траектория движущегося фокуса
- 26. Формирование пучка филаментов при распространении терраватного фемтосекундного импульса в турбулентной атмосфере
- Выводы
Список литературы
- Е. Зуев, В. А. Банах, В. В. Покасов Оптика турбулентной атмосферы. -Ленинград: Гидрометеоиздат, 1988.
- В.И. Татарский Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967.
- A.C. Монин, A.M. Яглом Статистическая гидромеханика. Ч. 2. М.: Наука, 1977.
- L.C. Andrews «An analytical model for the refractive index power spectrum and its application to optical scintillations in the atmosphere», J. Mod. Opt., v.39, p. 1849 (1992).
- Распространение лазерного излучения в атмосфере. Под редакцией Д. Стробена. М.: Мир, 1981.
- A.C. Гурвич, А. И. Кон, В. Л. Миронов, С. С. Хмелевцов Лазерное излучение в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1976.
- С.М. Рытов, Ю. А. Кравцов, В. И. Татарский Введение в статистическую радиофизику. 4.2 Случайные поля М.: Наука, 1978.
- В.Л. Миронов Распространение лазерного пучка в турбулентной атмосфере. Новосибирск: Наука, 1981.
- В.А. Петрищев «О применении метода моментов к некоторым задачам распространения частично когерентных световых пучков», Изв. Вузов. Радиофизика, т. 14, № 9, с. 1416 (1971).
- М.Е. Грачева, A.C. Гурвич, С. О. Ломадзе и др. «Распределение вероятностей „сильных“ флуктуаций интенсивности света в атмосфере», Изв. вузов. Радиофизика, т. 17, № 1, с. 105−112 (1974).
- В.А. Банах, Г. М. Креков, В. Л. Миронов, Изв. вузов. Радиофизика, т. 17, № 2, с. 252 260 (1974).
- В.А. Банах, А. З. Вагнер «Расчет дисперсии сильных флуктуаций интенсивности световых пучков в турбулентной атмосфере», Оптика атмосферы и океана, т. 5, № 1, с. 37−43 (1992).
- V.A. Banakh, G.M. Krekov, V.L. Mironov «Focused-laser-beam scintillations in the turbulent atmosphere», JOSA, v.64, #4, p.516 (1974).
- B.A. Банах «Флуктуации интенсивности лазерных пучков в турбулентной атмосфере», Оптика атмосферы и океана, т. 8, № 1−2, с. 69−88 (1995).
- А. Исимару Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. Том 2.-М.: Мир, 1981.
- В.П. Кандидов «Исследование статистики оптического излучения в нелинейной среде методом Монте Карло «, Изв. АН СССР. Физика, т.47, с. 1583 (1983).
- B.J. Uscinski «Multi-phase-screen analysis», in Wave Propagation in Random Media, SPIE, PM-09, p.346 (1992).
- Г. И. Марчук Метод Монте Карло в оптике атмосферы. Новосибирск: Наука, 1976
- J.M. Devis, Th.B. Месее, St.K. Сох «Application of Monte Carlo method to problems in visibility using a local estimate», Appl. Opt., v.24, p.3193 (1985).
- M.T. Valley «Numerical method for modeling nonspherical aerosol modulation transfer functions», Proc. SPIE, v.1688, p.73 (1992).
- B.B. Тучин «Исследование биотканей методами спектроскопии», УФН, т.167, № 5, с.517−539 (1997).
- С.М. Ермаков, Г. А. Михайлов Курс статистического моделирования. -М.: Наука, 1976.
- J.M.Martin, Stanley M. Flatte «Intensity images and statistics from numerical simulation of wave propagation in 3-D random media.», Appl. Opt., v.27, #11, p.2111 (1988).
- R. Dashen, G. Yu. Wang, S. M. Flatte, C. Bracher «Moments of intensity and log intensity: new asymptotic results for waves in power-law media», JOSA, A, v. 10, #6, p. 1233 1242 (1993).
- В. П. Кандидов, M. П. Тамаров, С. А. Шленов «Пространственная статистика лазерных пучков в условиях мелкомасштабной турбулентности. Стохастическое моделирование», Оптика атмосферы и океана, т.9, № 11, с. 1443 1449 (1996).
- J.M. Martin, Stanley М. Flatte «Simulation of point-source scintillation through three-dimensional random media», JOSA, A, v.7, #5, p.838 (1990).
- В.П. Кандидов «Статистика интенсивных световых пучков в турбулентной атмосфере», Изв. АН СССР Сер. Физ., т. 49, № 3, с. 442 449 (1985).
- В.Е. Зуев, П. А. Коняев, В. П. Лукин «Минимизация атмосферных искажений оптических волн методами адаптивной оптики», Изв. вузов. Физика, т.28, № 11, с. 6 (1985).
- В.А. Выслоух, В. П. Кандидов., С. С. Чесноков, С. А. Шленов «Адаптивная фокусировка интенсивных световых пучков, распространяющихся в нерегулярных средах», Изв. вузов. Физика, т.28, № 11, с. 30 (1985).
- Fr. G. Gebhardt «Airborne laser blooming and turbulence simulations», Proc. SPIE, v.2120, p.76 (1994).
- Stanley M. Flatte, Charles Bracher, Guang-Yu Wang «Probability-density functions of irradiance for waves in atmospheric turbulence calculated by numerical simulation», JOSA, A, v. ll, #7, p.2080 (1994).
- H.G. Booker, J.A. Ferguson, H.O. Vats «Comparison between the extended-medium and the phase-screen scintillation theories», J. ofAtm. And Terr. Phys., v.47, p.381 (1985).
- D.L. Knepp «Multiple phase-screen calculation of the temporal behavior of stochastic waves», Proc. IEEE, v.71, p.722 (1983).
- B.J. Uscinski «Multi-phase-screen analysis», in Wave Propagation in Random Media, SPIE, PM-09, p.346 (1992).
- Yu.A. Kravtsov «Propagation of electromagnetic waves through a turbulent atmosphere», Rep. Prog. Phys., p.39 112 (1992).
- A.M. Prokhorov, F.V. Bunkin F.V., K.S. Gochelashvili, V.I. Shishov «Laser irradiance propagation in randomly inhomogeneous media», Sov. Phys. Usp., v. 17, p.826 (1975).
- C.K. Годунов, B.C. Рябенький Конечно разностные схемы. — M.: Наука, 1977.
- Jan Martin «Simulation of Wave Propagation in Random Media: Theory and Applications», in Wave Propagation in Random Media (Scintillation), SPIE, PM-09, p.463 (1992).
- B.B. Быков. Цифровое моделирование в статистической радиофизике. -М.: Сов. радио, 1971.
- В.П. Кандидов, В. И. Леденев «Численное моделирование случайного поля диэлектрической проницаемости турбулентной атмосферы», Вестник МГУ. Сер. Физ., Астр., т.23, с. З, (1982).
- R. J. Noll «Zernike polynomials and atmospheric turbulence», JOSA, v.66, #3, p.207 (1976).
- N. Roddier «Atmospheric wavefront simulation using Zernike polynomials», Optical Engineering, v.29, p. 1174 (1990).
- И.Е. Тельпуховский, C.C. Чесноков «Модальное представление атмосферных неоднородностей при численном анализе статистических характеристик светового пучка», Оптика атмосферы и океана, т.4, с.1294 1297 (1991).
- J.Y. Wang, J.К. Markey «Modal compensation of atmospheric turbulence phase distortion», JOSA, v.68, #1, p.78 (1978).
- V. P. Kandidov, S. A. Shlyonov «Ultimate possibilities of computer simulation in problems of optical propagation through turbulent atmosphere», Technical Digest of 8th Laser Optics Conference, v.2, p.357−358, St. Petersburg (1995).
- Vladimir P. Lukin, Boris V. Fortes, Fyodor Y. Kanev, Peter A. Konyaev «Four-dimensional computer dynamic model of an atmospheric opticalsystem», Proc. SPIE, v.2222, p.522−526 (1994).
- B.J. Herman, L.A. Strugala «Method for inclusion of low-frequency contributions in numerical representation of atmospheric turbulence», Proc. SPIE, v.1221, p.183 192(1990).
- R.G. Lane, A. Glindemann, J.C. Dainty «Simulation of a Kolmogorov phase screen», Waves in random media, v.2, #3, p.209 224 (1992).
- E. M. Johanson, D. T. Gavel «Simulation of stellar speckle imaging», Proc. SPIE, v.2200, p.372 383 (1994).
- S.S. Chesnokov, V.P. Kandidov, M.P. Tamarov, S.A. Shlenov «Three-dimensional model of atmospheric turbulence», Proc. SPIE, v.3432, p.14 (1998).
- В.П. Кандидов «Метод Монте-Карло в нелинейной статистической оптике», УФН, т. 166, № 12, с.1309−1338 (1996).
- В.П. Кандидов, В. И. Леденев «О применении метода статистических испытаний к исследованию распространения волнового пучка в случайно-неоднородной среде» Изв. Вузов. Радиофизика, т.24, с. 438 (1981).
- W.B. Miller, J.C. Ricklin, L.C. Andrews «Scintillation of initially convergent Gaussian beams in the vicinity of the geometrie focus», Applied Optics, v.34, p.7066 (1995).
- M.C. Беленький, B.JI. Миронов «Измерение пространственной корреляции флуктуаций интенсивности света с помощью апертуры переменного диаметра», Изв. вузов. Радиофизика, т.17, № 7, с.1050 1057 (1974).
- М.И. Воробьев, А. С. Дрофа «Исследование влияния внешнего масштаба на атмосферной турбулентности на дисперсию случайных смещений световых пучков», Изв. вузов. Радиофизика, т.20, № 11, с.1711 1717 (1977).
- М.Е. Грачева, А. С. Гурвич, А. С. Хрупин «Корреляционные функции интенсивности света в турбулентной атмосфере», Изв. вузов. Радиофизика, т.17, № 1, с.155- 157(1974).
- К.С. Гочелашвили, В. И. Шишов «Волны в случайно-неоднородных средах.», Итоги науки и техники. Радиофизика. Физические основы электроники. Акустика, т.1. М.: ВИНИТИ, 1981.
- А.С. Гурвич, С. С. Кашкаров Изв. вузов. Радиофизика, т. 18, № 1, с.69 731 975).
- В.Я. Съедин, С. С. Хмелевцов, Р. Ш. Цвык «Флуктуации интенсивности в фокусированном световом пучке, прошедшем через толщу турбулентной атмосферы», Изв. вузов. Радиофизика, т.15, № 5, с.798 800 (1972).
- Мощные лазерные пучки в случайно неоднородной атмосфере / под ред. В. А. Банаха. — Новосибирск: Издательство СО РАН, 1998, 341 с.
- В.П. Кандидов, М. П. Тамаров, С. А. Шленов «Влияние внешнего масштаба атмосферной турбулентности на дисперсию смещений центра тяжести лазерного пучка», Оптика атмосферы и океана, т.11, № 1, с.27−33 (1998).
- В.П. Кандидов, М. П. Тамаров «Влияние внешнего масштаба атмосферной турбулентности на мгновенный и длинноэкспозиционный радиус пучка», Оптика атмосферы и океана, т.11, № 7, с.691−693 (1998).
- В.П. Кандидов, М. П. Тамаров «Мгновенное и длинноэкспозиционное уширение лазерного пучка в турбулентной атмосфере», Краткие тезисы докладов IV Межреспубликанского симпозиума по Оптике Атмосферы и Океана, с. 49, Томск1997).
- М.А. Каллистратова, В. В. Покасов «Дефокусировка и флуктуации смещения сфокусированного лазерного пучка в атмосфере», Изв. вузов. Радиофизика, т. 14, № 8, с.1200 1207 (1971).
- Дж. Гудмен Статистическая оптика. М.: Мир, 1988, 525 с.
- Адаптивная оптика / под ред. Э. А. Витриченко. М.: Мир, 1980, 456 с.
- В.П. Лукин Атмосферная адаптивная оптика. Новосибирск: Наука, 1986, 256 с.
- В.П. Лукин, H.H. Майер, Б. В. Фортес «Численное моделирование наземного адаптивного телескопа», Оптика атмосферы и океана, т.4, № 12, с. 1298 -1302(1991).
- В.П. Лукин, H.H. Майер, Б. В. Фортес «Расчет функции рассеяния точки адаптивного телескопа с гартмановским датчиком», Оптика атмосферы и океана, т.5, № 12, с.1241 1251 (1992).
- B.V. Fortes, V.P. Lukin Proc. SPIE, v.1668, p.477 488 (1992).
- Лукин В.П., Фортес Б. В. «Частичная коррекция турбулентных искажений в телескопе АСТ-10», Оптика атмосферы и океана, т.9, № 11, с.1492 1504 (1996).
- В.П. Кандидов, С. С. Чесноков, С. А. Шленов «Компьютерное моделирование формирования изображения протяженного объекта в турбулентной атмосфере. Часть I. Метод», Оптика атмосферы и океана, т. 11, № 4, с.401 4 051 998).
- В.П. Кандидов, С. С. Чесноков, С. А. Шленов «Компьютерное моделирование формирования изображения протяженного объекта в турбулентной атмосфере. Часть П. Алгоритм, примеры», Оптика атмосферы и океана, т.11, № 5, с.517 521 (1998).
- В.П. Кандидов, М. П. Тамаров, С. С. Чесноков, С. А. Шленов «Компьютерное моделирование формирования изображения протяженного объекта в турбулентной атмосфере. Часть Ш. Оценка качества», Оптика атмосферы и океана, т.11, № 5, с.522 525 (1998).
- В.П. Кандидов, М. П. Тамаров, С. С. Чесноков, С. А. Шленов «Критерий качества изображения в задачах адаптивной оптики», Краткие тезисы докладов IV Межреспубликанского симпозиума по Оптике Атмосферы и Океана, с. 51, Томск (1997).
- Дж. Гудмен Введение в Фурье оптику. — М.: Мир, 1970, 364 с.
- Э. О’Нейл Введение в статистическую оптику. М.: Мир, 1966,254 с.
- Г. И. Василенко, A.M. Тараторкин Восстановление изображений. М.: Радио и связь, 1986, 304 с.
- А.А. Токовинин Звездные интерферометры. М.: Наука, 1988, 160 с.
- Ж. Бьемон, Л. Лагендейк, P.M. Мерсеро, ТИИЭР, т.78, № 5, с.58−84 (1990).
- A. Braun, G. Korn, X. Liu, D. Du, J. Squier, G. Mourou «Self-channeling of high-peak-power femtosecond laser pulses in air», Opt. Lett., v.20, p.73 (1995).
- E.T.J. Nibbering, P.F. Curley, G. Grillon, B.S. Prade, M.A. Franco, F. Salin, A. Mysyrowicz Opt. Lett, v.21, p.62 (1996).
- A. Brodeur, O.G. Kosareva, C.Y. Chien, F.A. Ilkov, V.P. Kandidov, S.L. Chin «Moving focus in the propagation of ultrashort laser pulses in air», Opt. Lett, v.22, p.304 (1997).
- B.B. Воробьев Тепловое самовоздействие лазерного излучения в атмосфере. -М.: Наука, 1987
- В.Е. Зуев, А. А Земляное, Ю. Д. Копытин Нелинейная оптика атмосферы. -Л.: Гидрометеоиздат, 1989
- В.П. Кандидов «Нелинейная оптика и оптоакустика атмосферы», Томск, ИОА СО РАН, с. З 12 (1988).
- Y. Shimoji, А.Т. Fay, R.S.F. Chang, N. Djeu JOSA В, v.6, p.1994 (1989).
- Y. R. Shen «Self-focusing: experimental», Prog. Quant. Electronics (GB), v.4, p.1−34 (1975).
- B.B. Коробкин, A.M. Прохоров, P.B. Серов, М. Я. Щелев Письма в ЖЭТФ, т.11, с. 94 (1970).
- В.П. Кандидов, О. Г. Косарева, А. Бродер, С. Л. Чин «Состояние исследований по филаментации мощных субпикосекундных лазерных импульсов в газах», Оптика атмосферы и океана, т.10, № 12, с.1539 1552 (1997).
- O.G. Kosareva, V.P. Kandidov, A. Brodeur, S.L. Chin «From filamentation in condenced media to filamentation in gases», Journal of Nonlinear Optical Physics & Materials, v.6, #4, p.485−494 (1997).
- M. Mlejnek, E.M. Wright, J.V. Moloney «Dynamic spatial replenishment of femtosecond pulses propagating in air», Opt. Lett., v.23, #5, p.382−384 (1998).
- В.П. Кандидов, М. П. Тамаров «Дисперсия сверхкороткого лазерного импульса в атмосфере», Оптика атмосферы и океана, т.9, № 5, с.634 641 (1996).
- L.S. Rothman, R.R. Gamache, С.Р. Tipping, С.Р. Rinsland, М.А.Н. Smith, D. Chris Benner, V. Malathy Devi, et al. «The HITRAN molecular database: editions of 1991 and 1992», Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, v.48, #5−6, p.469 507 (1992).
- В.П. Кандидов, О. Г. Косарева, М. П. Тамаров, А. Бродер, С. Л. Чин «Мощные фемтосекундные лазерные импульсы в турбулентной атмосфере», Материалы VI Международного симпозиума «Оптика атмосферы и океана», с. 59, Томск (1999).