Совместное применение техники адаптивной оптики и нелинейно-оптического обращения волнового фронта для компенсации турбулентных искажений при фокусировке лазерного излучения на удаленных объектах

Abstract

Рассмотрены подходы к построению макета системы фокусировки лазерного излучения на удаленные объекты с использованием как элементов адаптивной оптики, так и методов нелинейно-оптического обращения волнового фронта, обеспечивающих компенсацию турбулентных искажений. Предварительно выполнены численные расчеты, в которых в качестве численного метода решения скалярного волнового уравнения в частных производных 2-го порядка для комплексной амплитуды волнового поля лазерного пучка использовался метод расщепления (split-step method). Этот метод в сочетании с методами спектрально-фазовых Фурье-преобразований и статистических испытаний является самым эффективным на сегодняшний день способом получения надёжных количественных результатов при решении инженерных задач волновой оптики атмосферы. Получены количественные данные по влиянию турбулентных искажений на атмосферных трассах на основные параметры когерентных пучков излучения – фокусировку, эффективный средний радиус и относительную долю энергии пучка в его дифракционном пятне. Получены предварительные результаты работы макета, подтверждающие выводы теории.

Approaches to constructing a mock-up of a system for focusing laser radiation on distant objects using both adaptive optics elements and nonlinear-optical wavefront reversal methods providing compensation for turbulent distortions are considered. Numerical calculations were preliminarily performed, in which the split-step method was used as a numerical method for solving a second-order partial differential wave equation for the complex amplitude of the wave field of a laser beam. This method, combined with methods of spectral-phase Fourier transforms and statistical tests, is the most effective way to obtain reliable quantitative results for solving engineering problems of atmospheric wave optics. Quantitative data are obtained on the effect of turbulent atmospheric distortions along propagation paths on the main parameters of coherent laser beams – focusing, effective average radius, and the proportion of the beam energy in its diffraction spot. The preliminary results obtained of the system mock-up performance confirm the conclusions of the theory.