Индекс мерцаний – универсальная мера флуктуаций интенсивности световых пучков в турбулентной атмосфере

Научный руководитель: д.ф.-м.н. В.В. Колосов. Соавторы: В.П. Аксёнов, д.ф.-м.н. В.В. Дудоров.

В ИОА СО РАН впервые установлено, что плотность вероятностей флуктуаций интенсивности светового пучка в турбулентной атмосфере в любой точке его поперечного сечения однозначно определяется значением индекса мерцаний σI2 и не зависит от типа пучка, длины волны и условий распространения. Для σI2 < 1 плотность вероятностей определяется гамма-распределением; для σI2 > 1 предложено новое аналитическое выражение для функции плотности вероятностей P(I) – дробное экспоненциальное распределение (Рис. 1).

Правомерность нового распределения подтверждена результатами численных и аналитических исследований, согласующихся с экспериментальными данными. Предлагаемый подход может существенным образом упростить задачу прогноза статистических свойств оптического сигнала при разработке и создании оптических систем (например, систем связи). Задача определения индекса мерцания на основе численного моделирования требует существенно меньшего (на 2-3 порядка) объема вычислений по сравнению с вычислениями, необходимыми для построения статистических моделей для распределений плотности вероятностей флуктуаций интенсивности.

Рис. 1. Функция плотности вероятностей флуктуаций интенсивности P(I): результаты численного моделирования и теоретические значения

Публикации:

  1. Aksenov V.P., Dudorov V.V., Kolosov V.V., Venediktov V.Yu. Probability distribution of intensity fluctuations of arbitrary-type laser beams in the turbulent atmosphere. Optics Express. 2019. V.27. N.17. P.24705–24716. https://doi.org/10.1364/OE.27.024705, Q1
  2. Aksenov V.P., Kolosov V.V. Probability density of field and intensity fluctuations of structured light in a turbulent atmosphere. Journal of Optics. 2019. V.21. N.3. Номер статьи https://doi.org/10.1088/2040-8986/aafffd, Q2.
  3. Аксенов В.П., Дудоров В.В., Колосов В.В. Распределение вероятностей сильных флуктуаций интенсивности вихревых лазерных пучков в турбулентной атмосфере. Оптика атмосферы и океана. 2018. Т.31. №05. С.349–354. DOI: 10.15372/AOO20180503.
  4. Aksenov V.P., Dudorov V.V., Kolosov V.V. Statistical characteristics of common and synthesized vortex beams in a turbulent atmosphere. Proc. 2016. V.10035. 100352P.
  5. Воронцов М.А., Дудоров В.В., Зырянова М.О., Колосов В.В., Филимонов Г.А. Частота появления ошибочных битов в системах беспроводной оптической связи с частично когерентным передающим пучком. Оптика атмосферы и океана. 2012. Т.25. №11. С.936–940.