Том 36, номер 11, статья № 11

Аннотация:

Настоящая работа продолжает цикл экспериментальных исследований флуктуаций параметров оптических волн на протяженных трассах. Изучаются возможности применения системы адаптивной оптики для фокусировки лазерного излучения на протяженных трассах в атмосфере. Представлена и описана система адаптивной оптики, входящей в состав гибридной системы, обеспечивающей фокусировку лазерного пучка излучения на протяженной атмосферной трассе. Система фокусировки на основе датчика волнового фронта Шэка–Гартмана, деформируемого управляемого зеркала и корректора наклонов волнового фронта реализует алгоритм фазового сопряжения по сигналу от точечного опорного источника. Полученные результаты показывают как возможности, так и ограничения для эффективной работы системы на протяженной турбулентной трассе.

Ключевые слова:

адаптивная оптика, турбулентность, фаза, оптические волны, коррекция

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Babcock W. The possibility of compensating astronomical seeing // Publ. Astron. Soc. Pac. 1953. V. 65. P. 229–236.
2. Линник В.П. О принципиальной возможности уменьшения влияния атмосферы на изображение звезды // Опт. и спектроскоп. 1957. № 4. С. 401–402.
3. Лукин В.П. Атмосферная адаптивная оптика. Новосибирск: Наука, 1986. 248 с.
4. Fotiadi A.A. All-fiber coherent combining of Er-doped amplifiers through refractive index control in Yb-doped fibers // Opt. Lett. 2009. V. 34, N 22. P. 3574–3576.
5. Vorontsov M.A. Adaptive array of phase-locked fiber collimators: Analysis and experimental demonstration // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electronics. 2009. V. 15, N 2. P. 269–280.
6. Bellanger C. Coherent fiber combining by digital holography // Opt. Lett. 2008. V. 33, N 24. P. 2937–2939.
7. Xinyan Fan, Jingjiao Liu, Jinsheng Liu, Jingli Wu. Experimental investigation of a seven-element hexagonal fiber coherent array // Chinese Opt. Lett. 2010. V. 8, N 1. P. 48–51.
8. Gopinath J.T., Chann B., Fan T.Y., Sanchez-Rubio A. 1450-nm high-brightness wavelength-beam combined diode laser array // Opt. Express. 2008. V. 16, N 13. P. 9405–9409.
9. Wang B., Mies E., Minden M., Sanchez A. All-fiber 50 W coherently combined passive laser array // Opt. Lett. 2009. V. 34, N 7. P. 863–865.
10. Pu Zhou, Yanxing Ma, Xiaolin Wang, Haotong Ma, Jianhua Wang, Xiaojun Xu, Zejin Liu. Coherent beam combination of a hexagonal distributed high power fiber amplifier array // Appl. Opt. 2009. V. 48, N 33. P. 6537–6540.
11. Fried D.L. Optical resolution through a randomly inhomogeneous medium for very long and very short exposures // J. Opt. Soc. Am. 1966. N 56. P. 1372–1379.
12. Greenwood D. Special Issue on Adaptive Optics. J. Lincoln Lab. 1992. N 1. P. 3–170.
13. Buffington V., Crowford P.S., Muller K.A. Correction of atmospheric distortion with an image-sharpening telescope // J. Opt. Soc. Am. 1977. V. 67, N 3. P. 208.
14. Cathey V.T., Hayes C.L., David W.C., Pizzurro A.F. Compensation for atmospheric phase effects at 10.0 mm // Appl. Opt. 1970. V. 20, N 3. P. 701.
15. Лукин В.П., Чарноцкий М.И. Принцип взаимности и адаптивное управление параметрами оптического излучения // Квант. электрон. 1982. Т. 9, № 5. С. 952–958.
16. Лукин В.П., Фортес Б.В. Адаптивное формирование пучков и изображений в атмосфере. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 212 с. 
17. Lukin V.P., Fortes B.V. Phase-correction of turbulent distortions of an optical wave propagating under strong intensity fluctuations // Appl. Opt. 2002. V. 41, N 27. P. 5616–5624.
18. Лукин В.П., Канев Ф.Ю., Сенников В.А., Макенова Н.А., Тартаковский В.А., Коняев П.А. Фазовое и амплитудно-фазовое управление лазерным пучком при распространении его в атмосфере // Квант. электрон. 2004. Т. 33, № 9. С. 825–832.
19. Barchers J.D. Evaluation of the impact of finite-resolution effects on scintillation compensation using two deformable mirrors // J. Opt. Soc. Am. A. 2001. V. 18, N 12. P. 3098–3109.
20. Зельдович Б.Я., Пилипецкий Н.Ф. Обращение волнового фронта. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1985. 248 с.
21. Беспалов В.И., Пасманик Г.А. Нелинейная оптика и адаптивные лазерные системы. М: Наука, 1986. 134 с.
22. Саичев А.И. Отражение от зеркала, обращающего волновой фронт, с учетом обратного рассеяния в неоднородной среде // Изв. вузов. Радиофиз. 1981. Т. 24. С. 1165–1167.
23. Малахов А.И., Половиикин А.В., Саичев А.И. О средней интенсивности волны отраженной от зеркала ОВФ в турбулентной среде // Изв. вузов. Радиофиз. 1983. Т. 26, № 5. С. 579–586.
24. Ахунов X.Г., Бункин Ф.В., Власов Д.В., Кравцов Ю.А. Об эффективности фокусировки обращенного волнового поля в турбулентной атмосфере при наличии ветра // Изв. АН СССР. Радиотехника и электроника. 1984. Т. 29, № 1. С. 1–4.
25. Андреев Н.Ф., Беспалов В.И., Киселёв А.М., Матвеев А.З., Пасманик Г.А., Шилов А.А. Обращение оптических сигналов с большим коэффициентом отражения // Письма в ЖЭТФ. 1980. Т. 32, вып. II. С. 639–642.
26. Khizhnyak A., Markov V. TIL system with nonlinear phase conjugation // Proc. SPIE. 2007. V. 6708. P. 67080H-1-5.
27. Khizhnyak A., Markov V., Chavez Joseph, Liu Sh. Beacon-defined performance of adaptive optics // Proc. SPIE. 2012. V. 8517. DOI: 10.1117/12.930631.
28. Лукин В.П., Канев Ф.Ю., Кулагин О.В. Возможность совместного использования техники адаптивной оптики и нелинейно-оптического обращения волнового фронта для компенсации турбулентных искажений // Квант. электрон. 2016. Т. 46, № 5. С. 481–486.
29. Лукин В.П., Ботыгина Н.Н., Коняев П.А., Кулагин О.В., Горбунов И.А. Совместное применение адаптивной оптики и нелинейно-оптического обращения волнового фронта для компенсации турбулентных искажений при фокусировке лазерного излучения на удаленных объектах // Компьютерная оптика. 2020. Т. 44, № 4. С. 519–532. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-725 519.
30. Кулагин О.В., Пасманик Г.А., Шилов А.А. Усиление и обращение волнового фронта слабых сигналов // Успехи физ. наук. 1992. Т. 162, № 6. С. 129–157.
31. Weyrauch Th., Vorontsov M.A. Mitigation of atmospheric-turbulence effects over a 2.4-km near horizontal propagation path with 134 control-channel MEMS/VLSI adaptive transceiver system // Proc. SPIE. 2003. V. 5162. DOI: 10.1117/12.508080.
32. Baker K.L., Stappaerts Е.А., Gavel D., Wilks S.C., Tucker J., Silva D.A., Olsen J., Olivier S.S., Young P.E., Kartz M.W., Flath L.M., Kruelevitch P., Crawford J., Azucena O. High-speed horizontal-path atmospheric turbulence correction with a large-actuator-number microelectromechanical system spatial light modulator in an interferometric phase-conjugation engine // Opt. Lett. 2004. V. 29, N 15. P. 1781–1783.
33. Mackey R., Dainty Ch. Adaptive optics correction over a 3 km near horizontal path // Proc. SPIE. 2008. V. 7108. P. 71080I-1.
34. Wu-Ming Wu, Yu N. Angular anisoplanatism of a focused beam using beacons over horizontal path // Proc. SPIE. 2015. V. 9796. 97960J. DOI: 10.1117/12.2230627.
35. Brady A., Leonhard N., Rosler C., Gier M., Bottner P., Reinlein C. Demonstrated pre-compensation of a focused laser beam with up to 0.27 mrad point-ahead-angle over a 1-km horizontal communication path // Proc. ICSO. 2019. V. 11180. P. 111801E.
36. Botygina N.N., Emaleev O.N., Konyaev P.A., Lukin V.P. Wavefront sensors for adaptive optical systems // Meas. Sci. Rev. 2010. V. 10, N 3. P. 101–106.
37. Гурвич А.С., Кон А.И., Миронов В.Л., Хмелевцов С.С. Лазерное излучение в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1976. 277 c.
38. Шанин О.И. Адаптивные оптические системы коррекции наклонов. Резонансная адаптивная оптика. М.: Техносфера, 2013. 296 с.
39. Андреева М.С., Ирошников Н.Г., Корябин А.В., Ларичев А.В., Шмальгаузен В.И. Использование датчика волнового фронта для оценки параметров атмосферной турбулентности // Автометрия. 2012. Т. 48, № 2. С. 103–111.
40. Антошкин Л.В., Борзилов А.Г. Патент № 2695281 на изобретение «Устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором» // Приоритет от 13.06.2018. Регистрация в Государственном реестре изобретений 22 июля 2019.
41. Ларичев А.В., Ирошников Н.Г. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Специализированное программное обеспечение для обработки изображений», версия 13 (Shah) № 2021619024 от 3.06.2021 г.
42. Борзилов А.Г., Коняев П.А., Лукин В.П., Соин Е.Л. Измерения параметров атмосферы на протяженной трассе. II. Оптические измерители уровня турбулентности // Оптика атмосферы и океана. 2023. Т. 39, № 7. С. 557–583.
43. Notes on AMATEUR TELESCOPE OPTICS. URL: https:// www.telescope-optics.net (last access: 10.09.2022).
44. Fuhrmann T. Spherical lens aberration minimization method for short-range free-space light transmission // Opt. Engin. 2022. V. 61, N 8. P. 085101-1–18.
45. Noll R.J. Zernike polynomials and atmospheric turbulence // J. Opt. Soc. Am. 1976. V. 66, N 3. P. 207–211.
46. Лукин В.П. Требования к динамическим характеристикам систем адаптивной оптики // Квант. электрон. 2022. Т. 52, № 7. С. 652–660.