Том 13, номер 01, статья № 5

Аннотация:

Изложены результаты теоретических исследований распространения высокоинтенсивных лазерных пучков на приземных и высотных атмосферных трассах и потенциальных возможностей дистанционного измерения характеристик пучков.
Выполнен обзор алгоритмов решения задач самовоздействия лазерного излучения, опирающихся на метод статистических испытаний, уравнения для статистических моментов комплексной амплитуды поля и уравнение переноса излучения. Проведен анализ параметров частично когерентного излучения на характерных атмосферных трассах. Даны рекомендации по оптимизации фокусировки и мощности излучения.
Изложены теоретические основы новых методов диагностики пространственно-энергетических и фазовых характеристик лазерных пучков. Представлены результаты численных и лабораторных экспериментов по восстановлению распределений интенсивности и фазы.

Список литературы:

1. Дышко Л.А. Разностный метод решения распространения светового луча в нелинейной среде // Ж. вычислит. матем. и матем. физ. 1968. Т. 8. № 1. С. 238.
2. Fleck J.A. A cubic spline method equation of nonlinear optics // J. Comp. Phys. 1974. V. 16. № 4. P. 324–341.
3. Годунов С.К., Рабенький В.С. Разностные схемы. М.: Наука, 1977. 439 с.
4. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1980. 535 с.
5. Воробьев В.В., Шеметов В.В. Численное исследование некоторых задач теплового самовоздействия лазерных пучков в атмосфере. М., 1978. (Препринт / ИФА АН СССР).
6. Егоров К.Д., Кандидов В.П. Метод конечных элементов в трехмерной задаче самовоздействия. // VII Всесоюзный симпозиум по дифракции и распространению волн: Тез. докл. Ростов-на-Дону, 1977. Т. 1. С. 266–269.
7. Карамзин Ю.Н., Сухоруков А.П. Нелинейные взаимодействия дифрагирующих световых пучков в средах с квадратичной нелинейностью. М., 1974. (Препринт / ИПМ АН СССР. № 43).
8. Wallace J. Effects of nonlinear refraction at 10.6 m on the far-field irradiance distribution // J. Opt. Soc. Amer. 1972. V. 62. P. 373.
9. Ланцош К. Практические методы прикладного анализа.  М.: Физматгиз, 1961. 524 с.
10. Рошаль А.С. Быстрое преобразование Фурье в вычислительной физике // Изв. вузов. Радиофизика. 1976. Т. 19. № 10. С. 1425–1454.
11. Кандидов В.П. Метод Монте-Карло в нелинейной статистической оптике // УФН. 1996. Т. 166. № 12. С. 1309–1338.
12. Коняев П.А. Модификация метода расщепления для численного решения квазиоптических задач // VI Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере. Ч. III. Томск, 1981. С. 195–198.
13. Чесноков С.С. Быстрое преобразование Фурье в задачах теплового самовоздействия // Вестник МГУ. Физика, астрономия. 1980. Т. 21. № 6. С. 27–31.
14. Fleck J.A., Morris J.R., Feit M.D. Time-dependent propagation of high energy laser beams through the atmosphere // Appl. Phys. 1976. V. 10. № 2. P. 129–160.
15. Алешкевич В.А., Кожоридзе Г.Д., Матвеев А.Н. Самовоздействие частично когерентного лазерного излучения // УФН. 1991. Т. 161. № 9. С. 81–132.
16. Воробьев В.В. Тепловое самовоздействие лазерного излучения в атмосфере. Теория и модельный эксперимент. М.: Наука, 1987. 200 с.
17. Кандидов В.П., Шленов С.А. Статистика частично когерентного излучения в среде с кубической нелинейностью // Изв. вузов. Радиофизика. 1984. Т. 27. № 9. С. 1158–1167.
18. Алешкевич В.А., Лебедев С.С., Матвеев А.Н. Самовоздействие некогерентного светового пучка // Квантовая электроника. 1981. Т. 8. № 5. С. 1090–1094.
19. Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин А.С. Введение в статическую радиофизику и оптику. М.: Наука, 1981. 640 с.
20. Зуев В.Е., Землянов А.А., Копытин Ю.Д. Нелинейная оптика атмосферы. Современные проблемы атмосферной оптики. Л: Гидрометеоиздат, 1989. Т. 6. 256 с.; Землянов А.А. Нелинейное распространение лазерного излучения в атмосфере // Оптика атмосферы и океана. 1995. Т. 8. № 1–2. С. 89–115.
21. Дудоров В.В., Колосов В.В. Лучевой метод решения уравнения для функции когерентности в неоднородно поглощающих (усиливающих) средах // Квантовая электроника. 1999. Т. 28. № 2. С. 115–120.
22. Пасманик Г.А. Самовоздействие пучков некогерентного света // ЖЭТФ. 1974. Т. 66. № 2. С. 490–500.
23. Чиркин А.С., Юсубов Ф.М. Пространственная когерентность случайных световых пучков при тепловом самовоздействии // Квантовая электроника. 1983. Т. 10. № 9. С. 1833–1842.
24. Гочелашвили К.С., Чашей И.В., Шишов В.И. Неустойчивость светового импульса в нелинейной инерционной рассеивающей среде // Квантовая электроника. 1980. Т. 7. № 10. С. 2077–2082.
25. Агровский Б.С., Воробьев В.В., Гурвич А.С., Калистратова М.А., Криндач Д.П., Мякинин В.А. Тепловое самовоздействие лазерного излучения в турбулентной среде // Квантовая электроника. 1980. Т. 7. № 1. С. 59–65.
26. Колосов В.В., Кузнецов М.Ф. Флуктуации при стационарном тепловом самовоздействии частично когерентного излучения // Изв. вузов. Радиофизика. 1988. Т. 31. № 7. С. 816–822.
27. Апресян Л.А., Кравцов Ю.А. Теория переноса излучения. М.: Наука, 1983. 216 с.
28. Долин Л.С. О лучевом описании слабо-неоднородных волновых полей // Изв. вузов. Радиофизика. 1964. Т. 7. № 3. С. 559–562.
29. Долин Л.С.  Уравнения для корреляционных функций волнового пучка в хаотически неоднородной среде // Изв. вузов. Радиофизика. 1968. Т. 11. № 6. С. 840–849.
30. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Ч. II. Случайные поля. М.: Наука, 1978. 463 с.
31. Барабаненков Ю.Н., Виноградов А.Г., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Применение теории многократного рассеяния волн к выводу уравнения переноса излучения для статистически неоднородной среды // Изв. вузов. Радиофизика. 1972. Т. 15. № 12. С. 1852–1860.
32. Воробьев В.В. Уширение светового пучка в нелинейной среде со случайными неоднородностями показателя преломления // Изв. вузов. Радиофизика. 1970. Т. 13. № 7. С. 1053–1060.
33. Колосов В.В., Кузиковский А.В. О фазовой компенсации рефракционных искажений частично когерентных пучков // Квантовая электроника. 1981. Т. 8. № 3. С. 490–494.
34. Алмаев Р.Х. О распространении частично когерентных световых пучков в зоне просветления облачной среды // Труды ИЭМ. 1978. В. 18(71). С. 58–66.
35. Беленький М.С., Землянов А.А. О влиянии тепловой нелинейности на пространственную когерентнсть лазерного пучка в случайно-неоднородной среде // Квантовая электроника. 1979. Т. 6. № 4. С. 853–855.
36. Белкин М.С. Тепловая дефокусировка частично когерентных пучков на неоднородных атмосферных трассах // V Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере: Тезисы докл. Томск, 1979. Ч. 3. С. 27–31.
37. Зуев В.Е., Копытин Ю.Д. Нелинейное распространение интенсивного света в газовой среде с твердым микрозаполнением // Изв. вузов. Физика. 1977. № 11. С. 79–105.
38. Петрищев В.А. О применении метода моментов к некоторым задачам распространения частично когерентных световых пучков // Изв. вузов. Радиофизика. 1971. Т. 14. № 9. С. 1416–1426.
39. Землянов А.А., Синев С.Н. Предельные уровни интенсивности зондирующего пучка в рефракционном канале // VIII Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы: Тез. докл. Ч. I. Томск, 1984. С. 309–312.
40. Колосов В.В., Кузнецов М.Ф. Прилучевое приближение решения уравнения переноса для зондирующего излучения. Там же. С. 327–330.
41. Банах В.А., Смалихо И.Н. О влиянии атмосферных флуктуаций наведенной температуры на характеристики лазерного излучения // Квантовая электроника. 1987. Т. 14. № 10. С. 2098–2107.
42. Бабаев И.К., Белкин М.С., Котеров В.Н., Красновский А.Г., Чебуркин Н.В. О распространении широкоапертурных лазерных пучков через атмосферу // Оптика атмосферы. 1990. Т. 3. № 2. С. 136–141.
43. Колосов В.В., Кузнецов М.Ф., Сысоев С.И. Минимизации угловой расходимости частично когерентного пучка на вертикальной атмосферной трассе // Оптика атмосферы и океана. 1992. Т. 5. № 4. С. 404–407.
44. Лукин В.П. Атмосферная адаптивная оптика. Новосибирск: Наука, 1986. 248 с.
45. Коняев П.А., Лукин В.П. Тепловые искажения фокусированных лазерных пучков в атмосфере // Изв. вузов. Физика. 1983. № 2. С. 79–89.
46. Ахманов С.А., Воронцов М.А., Кандидов В.П., Сухоруков А.П., Чесноков С.С. Тепловое самовоздействие и методы его компенсации // Изв. вузов. Радиофизика. 1980. Т. 23. № 1. С. 1–37.
47. Bradley L.C., Herrmann J. Phase compensation for thermal looming // Appl. Opt. 1974. V. 13. № 2. P. 331–334.
48. Смит Д.К. Распространение мощного лазерного излучения. Тепловые искажения пучка // ТИИЭР. 1977. Т. 65. № 12. С. 59–103.
49. Распространение лазерного пучка в атмосфере / Под ред. Д. Стробена. М., 1981. 416 с.
50. Gebhardt F.G., Smith D.C. Effects of diffraction on the self-induced thermal distortion of a laser beam in a cross wind // Appl. Opt. 1972. V. 11. № 2. P. 244–248.
51. Bunkin B., Valuev V., Gluhikh V., Manukyan G., Pismennyi V., Podin A. High–Power Fast-Flow CO₂-Lasers // Laser-Physics. Proc. SPIE. 1993. V. 2025. P. 29.
52. Зубов В.А. Методы измерения характеристик лазерного излучения. М.: Наука, 1973. 192 с.
53. Измерение энергетических параметров и характеристик лазерного излучения / Под ред. А.Ф. Котюка. М.: Радио и связь, 1981. 288 с.
54. Кузьмичев В.М., Латынин Ю.М., Приз Н.А. Решетчатый измеритель энергии импульсов излучения оптического квантового генератора // Приборы и техника эксперимента. 1974. № 2. С. 190–193.
55. Ефременко В.В. О методе восстановления распределения энергии лазерного пучка по данным, полученным с сеток болометрических датчиков // Радиотехника и электроника. 1979. Т. 4. № 1. С. 193–196.
56. Катрич А.Б., Худошин А.В. Измерение пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения // Автометрия. 1987. № 2. С. 108–110.
57. Ллойд Дж. Системы тепловидения. М.: Мир, 1978. 414 с.
58. Аксенов В.П., Захарова Е.В., Исаев Ю.Н. Измерение теплового потока по температурному полю нагретой поверхности. II. Неоднородный поток // Инженерно-физический журнал. 1995. Т. 65. № 4. С. 622–628.
59. Аксенов В.П., Захарова Е.В., Исаев Ю.Н. Восстановление распределения интенсивности лазерного излучения по температуре поверхности секционированной мишени // Оптика атмосферы. 1991. Т. 4. № 2. С. 166–172.
60. Аксенов В.П., Захарова Е.В., Исаев Ю.Н. Измерение теплового потока по температурному полю нагретой поверхности. I. Однородный поток // Инженерно-физический журнал. 1994. Т. 64. № 3–4. С. 275–280.
61. Аксенов В.П., Исаев Ю.Н. Восстановление параметров лазерного пучка по температурному полю нагретой поверхности // Оптика атмосферы и океана. 1992. Т. 5. № 5. С. 509–516.
62. Касти Дж., Калаба Р. Методы погружения в прикладной математике. М.: Мир, 1976. 233 с.
63. Кляцкин В.И. Метод погружения в теории распространения волн. М.: Наука, 1986. 256 с
64. Аксенов В.П., Банах В.А.., Валуев В.В., Зуев В.Е., Морозов В.В., Смалихо И.Н. Цвык Р.Ш. Мощные лазерные пучки в случайно-неоднородной атмосфере / Под ред. В.А. Банаха. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998. 341 с.
65. Гельфанд И.М., Шилов Г.Е. Обобщенные функции и действия над ними. М.: ГИФМЛ, 1959. 470 с.
66. Владимиров В.С. Обобщенные функции в математической физике. М.: Наука, 1976. 320 с.
67. Aksenov V., Isaev Yu., Zakharova E. Spatial-temporal reconstruction of laser beam intensity distribution from the temperature along surface of the heated target // Thermosense XVIII: An International Conference on Thermal Sensing and Imaging Diagnostic Application. Proc. SPIE 2766. 1996. P. 336–356.
68. Аксенов В.П., Захарова Е.В., Исаев Ю.Н., Исаков А.В., Рейно В.В., Цвык Р.Ш. Восстановление интенсивности лазерного пучка по зашумленному температурному полю мишени. Ч. II. Обработка модельного и лабораторного экспериментов // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т. 9. № 10. С. 1359–1366.
69. Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1979. 285 с.
70. Доботкин А.А., Исаков А.В., Ильин А.Б., Петренко А.П., Рейно В.В., Цвык Р.Ш., Шерстобитов М.В. Блок регистрации и ввода информации с тепловизора в
    ЭВМ «Термик-2» // Оптика атмосферы и океана. 1994. Т. 7. № 5. С. 673–679.
71. Исаков А.В., Ильин А.Б., Петренко А.П., Рейно В.В., Цвык Р.Ш., Шерстобитов М.В. Аппаратура для исследования параметров ИК-лазерных пучков // XII Межресп. симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере и водных средах: Тез. докл. Томск, 1993. С. 188.
72. Аксенов В.П., Пикалов В.В. Томографическое восстановление пространственно-энергетических параметров лазерных пучков // Квантовая электроника. 1990. Т. 17. № 2. С. 167–172.
73. Аксенов В.П., Пикалов В.В. Томографический метод оценивания эффективности адаптивного управления качеством лазерных пучков в атмосфере // Оптическая
    томография: Тез. докл. всесоюзного семинара. Таллин, 1988. С. 13–14.
74. Бочков Д.С., Донченко В.А., Латышев Н.Н. О корреляции между распределением интенсивности в поперечном сечении оптического пучка и рассеянным излучением
    // VII Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы: Тез. докл. Ч. I. Томск, 1982. С. 141–143.
75. Левин  Г.Г., Семенов Э.Г., Старостенко О.В. Томографическое исследование пространственного распределения интенсивности излучения // Оптика и спектроскопия. 1985. Т. 58. № 5. С. 1161–1164.
76. Кейз К., Цвайфель. Линейная теория переноса. М.: Мир, 1972. 384 с.
77. Пикалов В.В., Преображенский Н.Г. Реконструктивная томография в газодинамике и физике плазмы. Новосибирск: Наука, 1987. 231с.
78. Воронцов М.А., Шмальгаузен В.И. Принципы адаптивной оптики. М.: Наука, 1985. 336 с.
79. Воронцов М.А., Корябин А.В., Шмальгаузен В.И. Управляемые оптические системы. М.: Наука, 1988. 272 с.
80. Лукьянов Д.П., Корниенко А.А., Рудницкий Е.Е. Оптические адаптивные системы / Под ред. Д.П.Лукьянова. М.: Радио и связь, 1989. 240 с.
81. Тараненко В.Г., Шанин О.И. Адаптивная оптика. М.: Радио и связь, 1990. 112 с.
82. Фрид Д. Построение оценки искажений волнового фронта методом наименьших квадратов по множеству измерений разности фаз // Адаптивная оптика / Пер. с англ. М.: Мир, 1980. С. 332-348.
83. Hadgin R.H. Wave-front reconstruction for compensated imaging // Journ. Opt. Soc. Amer. 1977. V. 67. № 3. P. 375-378.
84. Богатуров А.Н. Решения систем уравнений зонального восстановления волнового фронта в адаптивной оптике // Изв. вузов. Физика. 1985. Т. 28. № 11. С. 86-95.
85. Аксенов В.П., Колосов В.В., Тартаковский В.А., Фортес Б.В. Оптические вихри в неоднородных средах // Оптика атмосферы и океана. 1999. Т. 12. № 10. С. 952–958.
86. Fried D.L., Vaughn J.L. Branch cuts in the phase function // Appl. Opt. 1992. V. 31. P. 2865–2882.
87. Aksenov V.P., Tikhomirova O.V. Reconstruction of optical field phase from the wavefront slopes // Application of the Conversion Research Results for International Cooperation. Sibconvers’99. Proc. IEEE. 1999. V. 99EX246. P. 30–32.
88. Аксенов В.П., Исаев Ю.Н. Преобразование Радона в задаче фазового оптического контроля // Оптика атмосферы. 1991. Т. 4. № 12. С. 166-172.
89. Aksenov V.P., Isaev Yu.N. Analytical representation of the phase and its mode components reconstructed according to the wave front slopes // Optics Letters. 1992. V. 17. № 17. P. 1180-1182.
90. Аксенов В.П., Исаев Ю.Н. Оптимальное модовое разложение фазы, восстановленной по измерениям наклонов волнового фронта в турбулентной атмосфере. I. Представление аберраций в базисе Карунена – Лоэва – Обухова // Оптика атмосферы и океана. 1994. Т. 7. № 7. С. 947–954.
91. Аксенов В.П., Банах В.А., Захарова Е.В., Исаев Ю.Н. Оптимальное модовое разложение фазы, восстановленной по измерениям наклонов волнового фронта в турбулентной атмосфере. II. Погрешность алгоритмов и численный эксперимент // Оптика атмосферы и океана. 1994. Т. 7. № 7. С. 955–959.
92. Aksenov V.P., Tikhomirova O.V. Reconstruction of singular phase of optical speckle field from the measurements of wave-front slopes // Atmospheric and Oceanic Optics. Proc. SPIE. 1999. V.3983. P.101–108.