Влияние имитатора турбулентности атмосферы на параметры бесселева светового пучка при различных конфигурациях оптической схемы

Проведено комплексное исследование влияния среды с оптическими неоднородностями на параметры бесселевых световых пучков (БСП), формируемых в двух конфигурациях оптической установки. В конфигурации I через имитатор турбулентности атмосферы (ИТА) вначале пропускается гауссов (либо лагерр-гауссов) световой пучок, затем из него с помощью аксикона формируют БСП нулевого (первого) порядка. В конфигурации II через ИТА сразу пропускают БСП нулевого (первого) порядка, сформированный из гауссова (лагерр-гауссова) светового пучка. Наличие турбулентности с внутренним масштабом, меньшим, чем диаметр проходящего через нее светового пучка, оказывает существенное влияние на параметры качества БСП, формируемых в обеих конфигурациях. Наиболее чувствительным из них является параметр постоянства, наименее чувствительным — параметр круглости. С увеличением расстояния от аксикона чувствительность всех параметров качества увеличивается. На наличие оптических неоднородностей, существенно больших по размеру, чем диаметр проходящего через ИТА светового пучка, хорошо реагирует положение оси БСП. В связи с тем, что формировать БСП нулевого порядка гораздо проще, чем формировать БСП первого порядка, для исследований турбулентности оптимально применять БСП нулевого порядка. Для однозначности и простой интерпретации получаемых результатов целесообразно использовать пропускание через ИТА гауссова светового пучка в конфигурации I. Полученные результаты могут быть использованы для разработки анализаторов (детекторов) неоднородности в жидкой либо газообразной среде в природных условиях и на производстве, а также для проверки качества протяженных прозрачных изделий.

1. Д. Стробен. Распространение лазерного пучка в атмосфере, пер. с англ., Мир, Москва (1981)

2. L. C. Andrews, R. L. Phillips. Laser Beam Propagation Through Random Media, 2nd ed., SPIE (2005), https://doi.org/10.1117/3.626196

3. A. Tunick. Opt. Express, 16, N 19 (2008) 14645, https://doi.org/10.1364/oe.16.014645

4. А. Н. Колмогоров. Докл. АН СССР, 30, № 4 (1941)

5. H. G. Booker, J. A. Ferguson, H. O. Vats. J. Atm. Terrestrial Phys., 47, N 4 (1985) 381—399, https://doi.org/10.1016/0021-9169(85)90018-2

6. L. C. Andrews, R. L. Phillips, A. R. Weeks. Waves Random Media, 7, N 2 (1997) 229—244, https://doi.org/10.1088/0959-7174/7/2/005

7. S. S. Chesnokov, V. P. Kandidov, V. I. Shmalhausen, V. V. Shuvalov. Numerical/Optical Simulation of Laser Beam Propagation Through Atmospheric Turbulence, Defense Technical Information Center (1996), https://apps.dtic.mil/sti/pdfs/ADA311320.pdf

8. Z. Zeng, X. Luo, A. Xia, Y. Zhang, C. Sun. Optik, 125, N 15 (2014) 4092—4097, https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2014.01.106

9. T. A. Rhoadarmer, J. R. P. Angel. Appl. Opt., 40, N 18 (2001) 2946, https://doi.org/10.1364/ao.40.002946

10. R. Rampy, D. Gavel, D. Dillon, S. Thomas. Appl. Opt., 51, N 36 (2012) 8769, https://doi.org/10.1364/ao.51.008769

11. S. V. Mantravadi, T. A. Rhoadarmer, R. S. Glas. Proc. SPIE, 5553, Advanced Wavefront Control: Methods, Devices, and Applications II (2004), https://doi.org/10.1117/12.559933

12. S. Thomas. Proc. SPIE, 5490,Advancementsin Adaptive Optics (2004), https://doi.org/10.1117/12.549858

13. A. Dixit, V. Porwal, A. Kumar, S. K. Mishra. Systematic Characterization of Near-Index-Matched Optics Based Atmospheric Turbulence Simulator. MAPAN, 35, N 2 (2020) 221—232, https://doi.org/10.1007/s12647-020-00370-9

14. E. Pinna, A. T. Puglisi, S. Esposito, A. Tozzi, A. V. Goncharov. Proc. SPIE, 5490, Advancements in Adaptive Optics (2004), https://doi.org/10.1117/12.551964

15. S. R. Lange, R. W. Knowlden, T. S. Turner Jr., W. W. Metheny. Proc. SPIE, 0193, Optical Systems in Engineering I (1979), https://doi.org/10.1117/12.957895

16. J. Moreno Raso, J. Serrano, H. Argelaguet, M. Lamensans, J. González, A. Martín, C. Pastor, G. Ramos, T. Belenguer, A. Sánchez, L. F. Rodríguez-Ramos. Proc. SPIE, 7736, Adaptive Optics Systems II, 77364B (2010), https://doi.org/10.1117/12.856252

17. E. Marchetti, R. Ragazzoni, J. Farinato, A. Ghedina. Proc. SPIE, 2871, Optical Telescopes of Today and Tomorrow (1997), https://doi.org/10.1117/12.268975

18. S. Hippler, F. Hormuth, D. J. Butler, W. Brandner, T. Henning. Opt. Express, 14, N 22 (2006) 10139, https://doi.org/10.1364/oe.14.010139

19. A. A. Ryzhevich. Lightmetry: Proc. SPIE, Pultusk, Poland, 5–9 June 2000, 4517, Ed. M. Pluta, SPIE (2000) 16—21

20. А. А.Рыжевич, И.В.Балыкин,Т. А.Железнякова. Журн. прикл. спектр., 85, № 1 (2018) 144—153

21. А. А. Рыжевич, И.В. Балыкин,Т. А.Железнякова. Журн. прикл. спектр., 88, № 5 (2021) 792—806

22. А. А. Ryzhevich. J. Opt. Technol., 68, N 3 (2001) 208

23. G. I. Taylor. Proc. R. Soc. Lond. A, 164 (1938) 476—490

24. Н. С. Казак, Е. Г. Катранжи, А. А. Рыжевич. Журн. прикл. спектр., 69, № 2 (2002) 242—247