Методы нелинейных время-частотных отображений в анализе флуктуаций интенсивности лазерного пучка

Abstract

Nonlinear time-frequency analysis was applied to the intensity fluctuations of a laser beam propagated through the model turbulent path. For this purpose the Wigner-Ville mapping of intensity distributions and their first four spatial moments were used. The characteristics of time-frequency maps corresponding to different modes of propagation channel are discussed as well as anisotropy and temporal scales of intensity fluctuations. The experiments on the model path revealed astigmatic distortions of the beam caused by the wind load and thermal lens defocussing.

• laser beam distortions
• Turbulent media
• astigmatic distortions

Аннотация (на русском)

Методы нелинейных время-частотных отображений в анализе флуктуаций интенсивности лазерного пучка

Представлены результаты нелинейного время-частотного анализа на основе отображения Вигнера-Вилли распределений интенсивности и их первых четырёх пространственных моментов для лазерного пучка, прошедшего модельную трассу. Обсуждаются свойства время-частотных карт, соответствующих разным режимам возмущения среды распространения, анизотропия и временные масштабы флуктуаций интенсивности. Экспериментально обнаружены астигматические искажения пучка, связанные с ветровой нагрузкой и дефокусировкой тепловой линзой.

For citation

References

1. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере, - Москва: Наука, 1967
2. Larry C. Andrews, Ronald L. Phillips. Laser beam propagation through random media. - 2nd ed. SPIE Press, Bellingham, Washington, 2005
3. Семенов А.А., Арсеньян Т.И. Флуктуации электромагнитных волн на приземных трассах. - М.: Наука. 1978.
4. Claude Oestges and Bruno Clerckx MIMO Wireless Communications. From real-world propagation to space-time code design -: Elsevier. 2007
5. Mohsen Kavehrad, Jarir Fadlullah, and Zeinab Hajjarian «MIMO FSO Communications in Cloud and Turbulence» [Электронный ресурс]. URL: http://dx.doi.org/10.1364/LSC.2011.LTuC3, 2011
6. Т.И. Арсеньян, П.В. Короленко Оптика случайно-неоднородных сред и проблемы распространения лазерного излучения в тропосфере. - М.: Физический факультет МГУ, 2001
7. Antonia Papandreou-Suppappola Applications in time-frequency signal processing,: CRC Press LLC. 2003
8. Cohen Leon. Time Frequency Analysis: Theory and Applications,: Prentice Hall; 1994
9. L. Cohen, «A critical review of the fundamental ideas of joint time-frequency distributions», // IEEE Proc. Int. Symp. on Circuits and Systems, vol. 1, pp. 28-33,1986
10. L. Cohen, «On a fundamental property of the Wigner distribution» // 7IEE Trans. Acoust, Speech, Signal Processing, vol. 35, pp. 559-561,1987
11. L. Cohen, «What is a Multicomponent Signal?» // Proc. IEEE ICASSP- 92, vol. 5, pp. 113-116,1992
12. L. Cohen «Time-Frequency Distributions - A Review» // Proc. of the IEEE, vol. 77, pp. 941-981,1989
13. Арсеньян Т.И., Зотов А.М., Короленко П.В., Маганова М.С., Таначев И.А. «Об устойчивости фрактальных свойств лазерного излучения в турбулентных средах» // Оптика океана и атмосферы, т.19, № 12, 2006. C. 1013-1015.
14. Charles L. Rino The Theory of Scintillation with Applications in Remote Sensing: John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey., 2011
15. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику часть II. - М.: Наука. Главн. ред. Физико-математической литературы, 1978.-463с
16. Кандидов В.П., Чесноков С.С., Шленов С.А. «Компьютерное моделирование формирования изображения протяженного объекта в турбулентной атмосфере. Часть I» // Оптика атмосферы и океана, т. 11, №4, с.401-405, (1998).
17. [Электронный ресурс]. URL: http://www.scilab.org
18. Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М., Гидродинамика. - Издание 4-е, стереотипное. - М.: Наука, 1988
19. Фрост У., Турбулентность. Принципы и применения, Мир, М., 1980
20. В.Ф. Копьев, С.А. Чернышев «Колебания вихревого кольца, возникновение в нём турбулентности и генерация звука» // УФН. 2000. Т.70. No7. Стр.713-742
21. Fedor V. Shugaev, Evgeni N. Terentiev, Ludmila S. Shtemenko, Oksana A. Nikolaeva, Oxana A. Solenaya «Laser beam propagation through an ensemble of vortex rings in air» // Proc. SPIE 8535, Optics in Atmospheric Propagation and Adaptive Systems XV, 85350G (November 8, 2012); doi:10.1117/12.974548
22. John W. Strohbehn «The feasibility of laser experiments for measuring atmospheric turbulence parameters» // Journal of Geophysical Research Volume 71, Issue 24, pages 5793-5808, 15 December 1966.