ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-03-62-70

УДК: 535.36, 535.015

Вопросы формирования оптических пучков и изображений в турбулентных средах: особенности параметризации неколмогоровских моделей спектра турбулентности

Лукин В.П., Лукин И.П.
Ссылка для цитирования:

Лукин В.П., Лукин И.П. Вопросы формирования оптических пучков и изображений в турбулентных средах: особенности параметризации неколмогоровских моделей спектра турбулентности // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 3. С. 62–70. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-03-62-70

Lukin V.P., Lukin I.P. Optical beams and images in turbulent media: Parameterization features of non-Kolmogorov turbulence spectrum models [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 3. P. 62–70. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-03-62-70

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

Предмет исследования. Сведения, связанные с решением задачи получения аналитических выражений для расчетов флуктуаций параметров оптических волн при их распространении в турбулентной среде с неколмогоровским спектром турбулентности. Цель работы. Получение достаточно простых формул зависимости флуктуационных параметров оптических волн, обусловленных их распространением в турбулентных средах с неколмогоровским типом спектра. Метод. В качестве основного метода анализа используются теоретические расчеты, дополненные численными вычислениями с использованием моделей атмосферы. Основные результаты. В предположении, что интегральная энергия турбулентности не зависит от вида спектра турбулентности, получены соотношения для структурных параметров показателя преломления среды для различных типов турбулентности. Полученные в работе результаты позволяют пересчитывать параметры оптических волн при распространении в турбулентной среде с одним законом изменения спектра для сред с другим законом поведения спектра турбулентности. Практическое применение. Результаты работы могут быть использованы при создании систем адаптивной оптики и при изучении состояния турбулентности на трассе распространения оптического излучения.

Ключевые слова:

турбулентность, атмосфера, флуктуации, спектр турбулентности, адаптивная коррекция

Коды OCIS: 010.1080, 010.7350, 110.1080

Список источников:
  1. Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. Уч. пособ. в 2 ч. 2-ое изд. М.: Наука, 1976. 494 с.

Rytov S.M. Introduction to statistical radiophysics [in Russian]. Study Guide in 2 Parts. 2nd Ed. Moscow: “Nauka” Publ., 1976. 494 p.

  1. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.

Tatarsky V.I. Wave propagation in a turbulent atmosphere [in Russian]. Moscow: “Nauka” Publ., 1967. 548 p.

  1. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. Ч. 1. М.: Наука, 1965. 460 с.

Monin A.S., Yaglom A.M. Statistical hydromechanics [in Russian]. Part 1. Moscow: “Nauka” Publ., 1965. 460 p.

  1. Лукин В.П., Носов В.В., Носов Е.В. и др. О влиянии масштабов атмосферной турбулентности // Успехи современного естествознания. 2015. № 1. Ч. 7. С. 1179–1183.

Lukin V.P., Nosov V.V., Nosov E.V., et al. On the influence of the scale of atmospheric turbulence [in Russian] // Advances in Modern Natural Science. 2015. № 1. Part 7. P. 1179–1183.

  1. Lukin V.P., Bol’basova L.A., Nosov V.V. Comparison of Kolmogorov’s and coherent turbulence // Appl. Opt. 2014. V. 53. P. B231–B236. https://doi.org/10.1364/AO.53.00B231
  2. Lukin V.P., Nosov E.V., Nosov V.V., et al. Causes of non-Kolmogorov turbulence in the atmosphere // Appl. Opt. 201 V. 55. P. B163–B168. https://doi.org/10.1364/AO.55.00B163
  3. Сharnotskii M.I. Wave propagation in random media with spectral exponent outside the (3, 4) range // Workshop on Non-Kolmogorov Turbulence. Fraunhofer IOSB, Ettlingen, 2019.
  4. Lazorenko P.F. Differential image motion at non-Kolmogorov distortions of the turbulent wave-front // Astronomy&Astrophysics. 2002. V. 382. P. 1125–1137. https://doi.org/10.1051/0004-6361:20011671
  5. Toselli I., Andrews L.C., Phillips R.L., et al. Angle of arrival fluctuations for free space laser beam propagation through non-Kolmogorov turbulence // Proc. SPIE. 2007. V. 6551. P. 65510E. https://doi.org/10.1117/12.719033
  6. Tan L., Du W., Ma J. Effect of the outer scale on the angle of arrival variance for free-space-laser beam corrugated by non-Kolmogorov turbulence // J. Russ. Laser Res. 2008. V. 30. № 6. P. 552.
  7. Cui L., Xue B., Cao X., et al. Angle of arrival fluctuations considering turbulence outer scale for optical waves’ propagation through moderate-to-strong non-Kolmogorov turbulence // JOSA A. Opt. Image Sci. 2014. V. 31. № 4. P. 829–835. https://doi.org/10.1364/josaa.31.000829
  8. Andrews L.C., Phillips R.L., Crabbs R., et al. Deep turbulence propagation of Gaussian beam wave in anisotropic non-Kolmogorov turbulence // Proc. SPIE. 2013. V. 8874. P. 887402. https://doi.org/10.1117/2026405
  9. Golbraikh E. and Kopeika N.S. Turbulence strength parameter in laboratory and natural optical experiments in non-Kolmogorov cases // Opt. Commun. 2004. V. 242. № 4–6. P. 333–338.
  10. Гурвич А.С., Кон А.И., Миронов В.Л. и др. Лазерное излучение в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1976. 277 c.

Gurvich A.S., Kon A.I., Mironov V.L., et al. Laser radiation in a turbulent atmosphere [in Russian]. Moscow: “Nauka” Publ., 1976. 277 p.

  1. Fried D.L. Optical resolution through a randomly inhomogeneous medium for very long and very short exposures // JOSA. 1966. V. 56. № 10. P. 1372–1379. https://doi.org/10.1364/JOSA.56.001372
  2. Zilberman A., Golbraikh E., Kopeika N.S. Lidar studies of aerosol and non Kolmogorov turbulence in the mediterranean troposphere // Proc. SPIE. 2005. V. 5987. https://doi.org/10.1016/J.ATMOSRES.2007.10.003
  3. Toselli I., Andrews L.C., Phillips R.L. Free space optical system performance for laser beam propagation through non Kolmogorov turbulence // Proc. SPIE. 2007. V. 6457. https://doi.org/10.1117/12.698707
  4. Cui L., Xue B., Zhou F. Generalized anisotropic turbulence spectra and application in the optical waves propagation through anisotropic turbulence // Opt. Exp. 2015. V. 23. P. 30088–30103. https://doi.org/10.1364/oe.23.030088
  5. Korotkova O., Toselli I. Non-classic atmospheric optical turbulence: Review // Appl. Sci. 2021. V. 11. P. 8487. https://doi.org/10.3390/app11188487
  6. Лукин В.П., Больбасова Л.А., Соин Е.Л. Датчик Шэка–Гартмана как универсальный измеритель флуктуаций оптических волн // Оптический журнал. 2025. T. 92. № 3. C. 48–57. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-03-48-57

Lukin V.P., Bolbasova L.A. Soin E.L. Shack–Hartmann sensor as a universal instrument for measuring optical wave fluctuations // J. Opt. Technol. 2025. V. 92. № 3. P. 170–175. https://doi.org/10.1364/JOT.92.000170

  1. Лукин В.П., Лукин И.П. Возможности прогнозирования фазовых флуктуаций на вертикальных атмосферных трассах // Сб.: Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы. Материалы XXXI международного симпозиума. Т. 1. https://iao.editorum.ru/ru/nauka/collection/232/view

Lukin V.P., Lukin I.P. Possibilities of forecasting phase fluctuations on vertical atmospheric paths [in Russian] // Collection: Optics of the Atmosphere and Ocean. Physics of the Atmosphere. Proc. XXXI Intern. Symp. V. 1. https://iao.editorum.ru/ru/nauka/collection/232/view

  1. Noll R. Zernike polynomials and atmospheric turbulence // JOSA. 1976. V. 66. № 3. P. 207–211. https://doi.org/10.1364/JOSA.66.000207
  2. Андреева М.С., Ирошников Н.Г., Корябин А.В. и др. Использование датчика волнового фронта для оценки параметров атмосферной турбулентности // Автометрия. 2012. Т. 48. № 2. С. 103–111.

Andreeva M.S., Iroshnikov N.G., Koryabin A.B., et al. Usage of wavefront sensor for estimation of atmospheric turbulence parameters // Optoelectronics, Instrumentation and Data Proc. 2012. V. 48. № 2. P. 197–204.

  1. Больбасова Л.А., Лукин В.П. Адаптивная коррекция атмосферных искажений оптических изображений на основе искусственного опорного источника. М.: изд. «Физико-математическая литература», 2012. 125 с.

Bolbasova L.A., Lukin V.P. Adaptive correction of atmospheric distortions of optical images based on an artificial reference source [in Russian]. Moscow: Publishing house "Physical and Mathematical Literature", 2012. 125 p.