بررسی و شبیه‌سازی پارامتر Cn2 و تأثیر آن بر توزیع شدت میانگین، اندازه لکه، شعاع انحنا و طول ریلی باریکه لیزری منتشرشده در اتمسفر

نوع مقاله : فیزیک - اپتیک و لیزر

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد/دانشگاه جامع امام حسین(ع)/تهران/ایران

2 پژوهشگر/ دانشگاه جامع امام حسین ع/ تهران/ ایران

چکیده

یکی از عمده‌ترین مشکلات انتشار لیزر در اتمسفر، تلاطم و نوسانات ضریب شکست اتمسفر است که پارامترهای لیزر را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد. در این مقاله اثرات پارامتر ساختار ضریب شکست اتمسفر (Cn2) بر توزیع شدت، اندازه لکه، شعاع انحنا و طول ریلی باریکه لیزری منتشر شده با پروفایل گاوسی، طول‌موج nm  1064، اندازه شعاع کمره cm 1 و توان W 1 بررسی شده است. به‌منظور پیش‌بینی مقادیر پارامتر Cn2، مدل‌های هافناگل - والی (HV) و هافناگل - آندریس - فیلیپس (HAP) باهم مقایسه شدند. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که در هر دو مدل با افزایش ارتفاع، پارامتر Cn2 کاهش می‌یابد. همچنین گرچه مدل HV برای تعیین پارامتر Cn2 در ارتفاعات بالا با حضور باد مناسب است، اما در ارتفاعات پایین و در ساعات مختلف روز، به‌خوبی نتایج تجربی و مدل HAP رفتار پارامتر Cn2 را مشخص نمی‌کند. شبیه‌سازی انتشار لیزر در اتمسفر نشان می‌دهد که با افزایش پارامتر Cn2، میانگین توزیع شدت باریکه کاهش و اندازه لکه افزایش می‎یابد؛ همچنین شعاع انحنا کاهش‌یافته و طول ریلی ابتدا روند صعودی و سپس روند نزولی را در پیش ‌می‌گیرد. علی‌رغم وجود مشکلاتِ انتشار لیزر در اتمسفر، نتایج این مقاله و بررسی‌های آینده برای کاهش و جبران این اثرات امری ضروری به نظر می‌رسد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

Smiley face

مراجع

  1. [1] Ahmad, S. A.; Mohsin, M.; Ali, S. M. Z. “Survey and Technological Analysis of Laser and its Defense Applications”; Defence Technology 2021, 17.2, 583-592. https://doi.org/10.1016/j.dt.2020.02.012.
  2. [2] Taheri, M.; Vahedi, M. “Optical Fiber Sensors and their Application with Passive Protection”; Unit, Printing and Publishing Institute of Imam Hossein University (AS), 2019.
  3. [3] Fadavi, A. “Lidar System and Its Application in Naval Operations” Military Science and Technology 2010, 7.17, 97-116.
  4. [4] Lyubomir, L.; Edmunds, T.; Risham Singh, G. “Applications of Laser Technology in the Army”; Journal of Defense Management 2021, 11, 210.
  5. [5] Eslami Majd, A.; Naseri, A.; Adaminejad, H. “Investigation of the Effective Parameters of the Second Laser for the Decoy of the Nest Finder Laser Searcher”; Defence Sci. & Technol. 2019, 10.2, 131-140.
  6. [6] Andrews, L. C.; Phillips, R. L. “Laser Beam Propagation Through Random Media”; SPIE Publications: 2nd 2005.
  7. [7] Canuet, O.; François, L. “Atmospheric Turbulence Profile Modeling for Satellite-Ground Laser Communication”; Master's Thesis, Universitat Politècnica de Catalunya, 2015.
  8. [8] Qiang, X.; Liu, J.; Cheng, D.; Xiong, S.; Ye, X. “Irradiance Scintillation for Laser Beam Propagation in Turbulent Atmosphere”; Proc. Soc. Photo-opt. Instrum. Eng. 2002, 4926, 168-174. https://doi.org/10.1117/12.481687.
  9. [9] Jabczyński, J. K.; Gontar, P. “Impact of Atmospheric Turbulence on Coherent Beam Combining for Laser Weapon Systems”; Defence Technology. 2021, 17.4, 1160-1167. https://doi.org/10.1016/j.dt.2020.06.021.
  10. Andrews, L. C.; Phillips, R. L.; Wayne, D.; Leclerc, T.; Sauer, P.; Crabbs, R.; Kiriazes, J. “Near-Ground Vertical Profile of Refractive-Index Fluctuations”; Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 2009, 7324, 11-22. https://doi.org/ 10.1117/12.820369.
  11. Mahmood, D. A.; Naif, S. S.; Al-Jiboori, M. H.; Al-Rbayee, T. “Improving Hufnagel-Andrews-Phillips Model for Prediction Cn2 Using Empirical Wind Speed Profiles”; J. Atmos. Sol-Terr. Phys. 2022, 240, 105952. https://doi.org/ 10.1016/j.jastp.2022.105952.
  12. Rasouli, S.; Taghi Tavassoly, M. “Measurement of the Refractive-Index Structure Constant, C2n, and its Profile in the Ground Level Atmosphere by Moiré Technique”; Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 2006, 6364, 101-111. https:// doi.org/10.1117/12.683873.
  13. Bakhshi, H.; Darudi, A. “Analysis of Effective Beam Propagation Parameters on a FSO Link of Optics Lab. of University of Zanjan”; Icop. 2020, 26.0, 41-44.
  14. Hadilou, N.; Siampoor, H.; Alavinejad, M. “Improvement of Beam Quality Factor of Gaussian Schell-Model Beams by Using of Phase Aperture in a Turbulent Atmosphere”; Icop. 2014, 20.0, 857-860.
  15. Ghasemi, S. H.; Haghparast, A. “The Effects of Step Bulk Arrangement in Propagation of High-power Laser Beam in Atmosphere”; Braz. J. Phys. 2023, 53.1, 23.
  16. Chu, X.; Liu, Z.; Wu, Y. “Propagation of a General Multi-Gaussian Beam in Turbulent Atmosphere in a Slant Path”; J. Opt. Soc. Am. A. 2008, 25.1, 74-79. https://doi.org/ 10.1364/JOSAA.25.000074
  17. Ji, X.; Li, X. “Directionality of Gaussian Array Beams Propagating in Atmospheric Turbulence”; J. Opt. Soc. Am. A 2009, 26.2, 236-243. https://doi.org/10.1364/JOSAA.26. 000236.
  18. Ji, X.; Eyyuboğlu, H. T.; Baykal, Y. “Influence of Turbulence on the Effective Radius of Curvature of Radial Gaussian Array Beams”; Opt. Express. 2010, 18.7, 6922-6928. https://doi.org/10.1364/OE.18.006922.
  19. Ji, X.; Pu, Z. “Effective Rayleigh Range of Gaussian Array Beams Propagating Through Atmospheric Turbulence”; Opt. Commun. 2010, 283.20, 3884-3890. https://doi.org/ 10.1016/j.optcom.2010.06.025.
  20. Chib, S.; Dalil-Essakali, L.; Belafhal, A. “Comparative Analysis of Some Schell-Model Beams Propagating Through Turbulent Atmosphere”; Opt. Quant. Electron. 2022, 54.3, 175.
  21. Reich, S.; Schäffer, S.; Lueck, M.; Wickert, M.; Osterholz, J. “Continuous Wave High-Power Laser Propagation in Water is Affected by Strong Thermal Lensing and Thermal Blooming Already at Short Distances”; Sci. Rep. 2021, 11.1, doi: 10.1038/s41598-021-02112-6.
  22. Siampoor, H.; Hadilou, N.; Alavinejad, M. “Propagation of High Power Laser Beams through Atmosphere”; Icop. 2015, 21.0, 105-108. https://doi.org/10.1364/AO.15.001479
  23. Mohamed, A.; Chatterjee, M. “Non-Chaotic and Chaotic Propagation of Stationary and Dynamic Images Through MVKS Turbulence”; J. Mod. Optic. 2019, 66.13, 1392-1407. https://doi.org/10.1080/09500340.2019.1625980
  24. Andrews, L. C.; Phillips, R. L.; Wayne, D.; Sauer, P.; Leclerc, T.; Crabbs, R. “Creating a Cn2 Profile as a Function of Altitude using Scintillation Measurements along a Slant Path”; Proc. SPIE 2012, 8238, 95-106. https:// doi.org/10.1117/12.913756.
  25. Yousefi, M.; Talatian Azad, R.; Kashani, F.; Ghafary, B. “Scintillation Index Effects on the Bit Error Rate in Free Space Optical Communication of Incoherent Flat-Topped Laser Beam Propagating Through Turbulent Atmosphere”; Iran. J. Sci. Technol. 2015, 39.A3, 369. https://doi.org/ 10.1016/j.ijleo.2019.03.044.
  26. Hricha, Z.; Yaalou, M.; Belafhal, A. “Intensity Characteristics of Double-Half Inverse Gaussian Hollow Beams Through Turbulent Atmosphere”; Opt. Quant. Electron. 2020, 52, 1-8. https://doi.org/10.1007/s11082-020-02318-4.
  27. Hecht, E. “Hecht Optics”; Addison Wesley, 1998, 213-214.
  28. Ricklin J. C.; Davidson, F. M. “Atmospheric Turbulence Effects on a Partially Coherent Gaussian Beam: Implications for Free-Space Laser Communication”; J. Opt. Soc. Am. A. 2002, 19.9, 1794-1802. https://doi.org/10.1364/JOSAA.19. 001794
  29. Yuan, Y.; Liu, X.; Qu, J.; Yao, M.; Gao, Y.; Cai, Y. “Second-Order Statistical Properties of a J0-Correlated Schell-Model Beam in a Turbulent Atmosphere”; J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2019, 224, 185-191. https:// doi.org/1016/j.jqsrt.2018.11.021

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 15 فروردین 1402
  • تاریخ بازنگری: 08 مرداد 1402
  • تاریخ پذیرش: 20 مرداد 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار