Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2016 номер 4

Представлены результаты анализа средней интенсивности, флуктуаций интенсивности и регулярных и случайных смещений оптических пучков, распространяющихся через ударную волну, образующуюся при сверхзвуковом обтекании потоком воздуха турели, в турбулентной атмосфере. Показано, что с усилением оптической турбулентности влияние ударной волны, образующейся при сверхзвуковом обтекании турели, настолько сильно, что даже при наихудших условиях по турбулентности воздействие ударной волны на пучок остается преобладающим.

Рассмотрена диагностика аэрозольных скоплений по лидарным измерениям с борта самолета при зондировании вперед по курсу полета. На численных моделях продемонстрирована возможность наблюдения временной эволюции короткоживущих (от нескольких до десятков секунд) аэрозольных скоплений с горизонтальными размерами от сотен метров до нескольких километров. Показано, что, в отличие от наблюдений с неподвижным зондирующим лазерным пучком, анализ эволюции скоплений на основе таких измерений возможен без привлечения дополнительных гипотез о пространственно-временной структуре скопления.

Представлены методы анализа вариации интенсивности зондирующего оптического пучка на выходе нестационарной неравновесной трассы. Использован аппарат суперстатистики и неэкстенсивной статистической механики. На основе зависимости первых и вторых моментов экспериментально регистрируемых функций распределения интенсивности мерцаний в субапертурах профиля выходного пучка предложены модели неравновесных течений, высказаны гипотезы о распределении температур и фазовых состояний аэродинамических потоков на трассе.

Экспериментально исследованы процессы перестройки пространственного распределения интенсивности суперпозиции структурно-устойчивых пучков с осевой симметрией при распространении в открытых оптических каналах передачи данных. Обсуждаются инварианты преобразования структуры пучка как носителя пространственного кода. Выполнены оценки корреляционных и дисперсионных параметров случайного процесса модуляции оптической плотности, указано на возможность кратного различия этих характеристик вдоль различных направлений, перпендикулярных оси пучка.

Представлены одновременные оценки среднего поперечного ветра и интенсивности атмосферной турбулентности классическим методом лазерного просвечивания и пассивным оптическим методом из анализа излучения, рассеянного на природных или искусственных топографических объектах в условиях естественного дневного освещения. Метод пассивного зондирования не требует искусственного светового источника и заключается в формировании некогерентных изображений топографических объектов, наблюдаемых при солнечном освещении, и анализе искажений, наведенных турбулентностью между объектом и плоскостью наблюдения. В атмосферном эксперименте на одной и той же измерительной трассе выполнено сравнение оценок интегральных значений среднего поперечного ветра и структурной характеристики показателя преломления воздуха обоими методами. Проведено сопоставление с лидарными данными. Оптические измерения интегральных характеристик сопровождались независимыми локальными акустическими измерениями с использованием ультразвукового термоанемометра.

Проводится анализ возможностей оценки вектора поперечной скорости ветра из временной статистики интегральных характеристик изображения некогерентных источников - принимаемой мощности и смещения центра тяжести изображения. Для режима слабых флуктуаций получены выражения для взаимных корреляционных функций смещений центров тяжести пары некогерентных источников, регистрируемых парой разнесенных приемников. Установлено, что максимум корреляционной функции смещен из начала координат, причем величина смещения определяется скоростью ветра на трассе. Показано, что положение максимума и форма корреляционных функций позволяют оценить усредненный вдоль трассы вектор поперечной скорости ветра. Сформулированы условия регистрации, достаточные для выполнения оценки среднего ветра.

Исследуются когерентные свойства бездифракционных оптических пучков, распространяющихся в турбулентной атмосфере. Анализ задачи основывается на решении уравнения для функции взаимной когерентности второго порядка поля оптического излучения. Изучается поведение степени когерентности бездифракционных (косинусного и фундаментального бесселева) оптических пучков в зависимости от параметров пучков и характеристик турбулентной атмосферы. Оказалось, что фундаментальным свойством бездифракционных пучков является осциллирующий характер степени когерентности этих пучков, который проявляется при низких уровнях флуктуаций в турбулентной атмосфере. При высоких уровнях флуктуаций в турбулентной атмосфере степень когерентности бездифракционного косинусного пучка становится ближе к аналогичной характеристике плоской волны, а бездифракционного фундаментального бесселева пучка - к сферической. Анализ двух пространственных масштабов степени когерентности оптических пучков показал, что интегральный масштаб степени когерентности для бездифракционных пучков является более репрезентативной характеристикой, чем радиус когерентности. Интегральный масштаб степени когерентности бездифракционных пучков практически однозначно связан с условиями распространения оптического излучения в турбулентной атмосфере.

На основе численного решения параболического волнового уравнения для комплексной спектральной амплитуды поля волны проведено исследование распространения короткоимпульсных вихревых оптических пучков в однородной среде на примере лагерр-гауссова пучка фемтосекундной длительности. Показано, что с уменьшением длительности импульса дифракционное расплывание лагерр-гауссовых пучков уменьшается по сравнению с пучками непрерывного излучения.

Представлены результаты исследования влияния начального распределения поля лазерного пучка на изменение его эффективного радиуса при распространении в турбулентной атмосфере. Исследования проведены с помощью метода линий тока среднего вектора Пойнтинга для осесимметричных световых пучков. Изучена зависимость эффективного радиуса пучка в приемной плоскости от формы начального распределения интенсивности и наличия фазовой дислокации в начальном поле. Показано, что возможно подобрать такие значения параметров кольцевых и вихревых пучков, что величина их эффективного радиуса в плоскости приема будет меньше, чем для гауссова пучка с тем же значением начального эффективного радиуса, при распространении лазерного излучения в турбулентной атмосфере.

В Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН проведен цикл экспериментов по изучению влияния режимов сгорания типичных сибирских биомасс на оптико-микрофизические и физико-химические свойства дымовых аэрозолей. Комплексный анализ данных продемонстрировал определяющее воздействие температурного режима сгорания биомассы сосны сибирской и хвойного лесного опада на формирование и временную динамику всех характеристик дымов. Из поляризационных спектронефелометрических исследований светорассеяния определены распределения по размерам и показатели поглощения частиц в диапазонах микро-, среднедисперсной и крупной фракций частиц и показано, что в дымах тления все частицы являются слабопоглощающими, однако смешанные дымы содержат сильнопоглощающую микродисперсную компоненту частиц, обусловленную генерацией сажи в режиме открытого горения. Исследованы микроструктурные характеристики аэрозолей, на основе анализа морфологии и элементного состава группы сажи и органических частиц определены как микромаркеры эмиссий в режимах открытого горения и тления. Содержание органического и элементного углерода, природа и концентрация химических соединений и водорастворимой фракции ионов проявляют сильную зависимость от режима сгорания. Ангидрид сахаров (левоглюкозан) определен в дымах тления как стабильный молекулярный маркер горения сибирской сосны. Среди химических соединений идентифицирован ряд специфичных маркеров горения хвойной древесины. При старении дымов происходят конденсация органических и неорганических соединений, трансформация химии поверхности и формирование группы частиц, богатых калием, демонстрирующие комплексность и изменчивость химического состава и микроструктуры аэрозольных загрязнений атмосферы во время лесных пожаров Сибири.

Экспериментально исследованы пороговые характеристики безрезонаторной лазерной генерации в слое коллоидного раствора (толщиной 20 мкм) красителя родамин 6Ж с плазмонно-резонансными наночастицами Au и неплазмонно-резонансными наночастицами Pt при возбуждении излучением на длине волны 532 нм. Рассчитаны спектральные зависимости сечений рассеяния и поглощения наночастиц золота и платины в рамках теории Ми. Экспериментально установлено, что при добавлении наночастиц в активную среду пороги генерации снижаются на два порядка. Показано, что величины порогов генерации при использовании наночастиц золота в 1,5-2 раза меньше, чем при добавлении наночастиц платины такой же концентрации.

Проведены лабораторные эксперименты с обертонным СО-лазером по моделированию лидарной системы. Реализована трассовая схема зондирования газовых компонент атмосферы - закиси азота и метана - на линиях излучения импульсного обертонного CO-лазера с использованием топографической мишени и приемного телескопа. Представлены результаты измерения поглощения излучения обертонного CO-лазера, действующего на 20 выбранных линиях зондирования, в смесях с исследуемыми газами при различных конфигурациях схемы проведения экспериментов.

С целью восстановления данных наблюдений гидрофизических параметров предложена модель на основе нейронной сети с учителем. В качестве входных сигналов модели взяты индексы глобальных климатических колебаний в системе океан - атмосфера. Описан процесс обучения и адаптации модели, позволяющий найти наиболее точное решение задачи моделирования. Сопоставление среднемесячных значений объема стока Дуная, воспроизведенных с помощью модели, с данными наблюдений показало их хорошее согласие. Восстановлены пропущенные в различные годы данные наблюдений по прозрачности (глубине видимости белого диска). Отмечена близость абсолютных величин восстановленных и измеренных значений глубины видимости белого диска. Выявлены некоторые особенности межгодовых изменений восстановленных значений прозрачности, обусловленные климатическими факторами в период 1950-1962 гг. и влиянием изменений содержания хлорофилла а в период 1998-2010 гг.

Обсуждаются методические вопросы и теоретические результаты по определению границ лазерно-опасных зон (ЛОЗ) при воздействии на глаза прямого и рассеянного излучения, создаваемого лазерной системой посадки (ЛСП). Рассматриваются алгоритмы расчета ЛОЗ при наблюдении ЛСП в реальных условиях эксплуатации. Приведены результаты расчета ЛОЗ одиночного и группы лазерных источников для различных метеоусловий. Представлена компьютерная программа для проведения расчетов по дозиметрии лазерного излучения при работе системы посадки в реальных условиях применения.