Случайные флуктуации показателя преломления

После своего взаимодействия с рассматриваемым состоянием природы излучение распространяется через промежуточную среду, пока не достигнет нащего измерительного прибора. Параметры среды могут быть либо хорошо известны, либо совсем неизвестны. Если такой средой является совершенный вакуум, то она не вносит никаких дополнительных статистических элементов в рассматриваемую задачу. Но, если средой является атмосфера Земли, а длина оптического пути составляет хотя бы несколько метров, случайные флуктуации показателя преломления атмосферы могут привести к существенному искажению волн и серьезному ухудшению изображения, создаваемого системой. Чтобы количественно оценить степень такого ухудшения, требуются статистические методы. [c.15]

Случайные флуктуации показателя преломления вызываются преимуш,ественно случайной микроструктурой пространственного распределения температуры. Происхождение этой микроструктуры связано с необычайно широкомасштабными температурными неоднородностями, обусловленными различной степенью нагрева отдельных участков земной поверхности Солнцем. Эти крупномасштабные температурные неоднородности в свою очередь вызывают появление крупномасштабных неоднородностей показателя преломления, которые постепенно разрушаются турбулентным ветровым потоком и конвекцией, уменьшающими масштаб неоднородностей. [c.366]

При оптической связи через атмосферу случайные флуктуации показателя преломления оказывают влияние на характеристики распространяющегося светового пучка. Они приводят к уширению пучка, к ослаблению временной и пространственной когерентности, к блужданию пучка и к замираниям интенсивности принимаемого сигнала. В данном разделе мы остановимся на некоторых важных результатах, опубликованных в сборнике [330] (см. [34, 35, 49, 77, 78, 85, 86, 95—100, 104, 115, 116, 167, 177, 202, 206—208, 223, 224, 238, 241—244, 249, 261, 292, 302, 305, 338, 344, 396, 402, 403]). [c.197]

При случайных флуктуациях показателя преломления a t) амплитуды отраженных волн Ъ Т) на границе слоя представ- [c.133]

Р. а. на слабых флуктуациях показателя преломления в атмосфере пли океане во многом аналогично Р. з. на малых случайных неровностях. Оно также имеет резонансный характер длина волны резонансной гармоники Л = Х/81п(0/2), где X, — длина волны звука, 0 — угол между волновыми векторами падающей и рассеянной волн. По мере уменьшения 0 рассеяние определяется неоднородностями всё больших масштабов. При рассеянии в обратном направлении Л = Я/2. [c.270]

Рэлеевское рассеяние - один из фундаментальных механизмов потерь-происходит на случайных флуктуациях плотности, вмороженных в кварцевое стекло при изготовлении. Образующиеся в результате этого локальные флуктуации показателя преломления рассеивают свет во всех направлениях. Потери, обусловленные рэлеевским рассеянием, уменьшаются с длиной волны по закону и преоб- [c.14]

Упомянем еще об одном аналогичном вопросе — об астрономическом мерцании флуктуации показателя преломления земной атмосферы вызывают появление флуктуаций оптического пути лучей и производят случайные колебания интенсивности изображений, известных под названием мерцаний . Когда флуктуации оптического пути малы, их можно представить в виде ряда, сохранив величины первого порядка. Единственное серьезное отличие от предыдущего случая состоит в том, что оптический прибор сфокусирован на бесконечность, тогда как та область, где возникают возмущения, не совпадает со зрачком, а расположена на конечном расстоянии от него. Ар-сак показал, что это равносильно фильтрованию частот пространства. На это фильтрование накладывается еще два других. С одной стороны, наблюдаемое светило имеет отличный от нуля кажущийся диаметр — известно, что в видимой области спектра планеты не мерцают в оптике коротких радиоволн (например, с длиной волны 3 см) критический диаметр составляет величину, равную нескольким секундам дуги, и может сказываться на практике (солнечные пятна). С другой стороны, оптический прибор создает некоторое дифракционное пятно, и мерцание уменьшается обратно пропорционально отверстию прибора. Полный расчет явления мерцания интенсивности требует рассмотрения всех этих факторов. Практический результат расчета приводит к тому, что роль атмосферы в объяснении этого явления настолько искажается другими причинами, что изучение мерцаний приносит очень мало сведений о неоднородностях атмосферы, [c.266]

Передача изображения через прозрачные стенки (например, через ребристые стекла) неправильной формы обычно вызывает астигматические искажения изображения. Изображения, переданные через неоднородную или рассеивающую среду (например, среду со случайными или турбулентными флуктуациями показателя преломления), теряют резкость и размываются. [c.325]

Итак, причиной рассеяния света в чистых веществах есть всякие случайные нарушения оптической однородности илп флуктуации показателя преломления, которые могут быть вызваны различными причинами флуктуациями плотности, флуктуациями анизотропии, флуктуациями концентрации в случае прозрачных растворов и т. д. [c.708]

Как уже говорилось, наиболее важным примером протяженной случайной неоднородной среды является земная атмосфера, которой в течение столетий ограничивались четкость картины неба, наблюдаемой человеком. Наш анализ направлен с самого начала на этот конкретный пример. Как уже подчеркивалось, в этой главе наше внимание будет ограничено плавными и малыми флуктуациями показателя преломления чистого воздуха вокруг нас. Мы исключаем из рассмотрения влияние на оптические явления пыли и аэрозолей, которое требует изучения явлений многократного рассеяния (см., например, [8.4], т. 2). Мы ограничим также наше внимание оптическими свойствами в соответствующем спектральном окне атмосферы (таком, как видимая область спектра), в котором атмосферное поглощение пренебрежимо мало. (Подробно об атмосферном поглощении см. книгу [8.5], гл. 5.) [c.363]

Время, затрачиваемое светом на прохождение через атмосферу,— лишь малая часть времени флуктуации случайной составляющей показателя преломления пь По этой причине зависимостью величины Пх от времени часто пренебрегают, рассматривая только пространственные свойства. Если в той или иной задаче представляет интерес и временная зависимость, то она вводится на основе гипотезы замороженной турбулентности (называемой также гипотезой Тейлора), согласно которой данная реализация случайной структуры П1 дрейфует через измерительную апертуру с постоянной скоростью (определяемой локальными ветровыми условиями), но без каких-либо других изменений. [c.364]

Вообще говоря, у иас нет оснований считать х и 5 независимыми случайными процессами, поскольку их флуктуации обусловлены флуктуациями показателя преломления. Однако рассмотрим следующее среднее [c.381]

Теперь мы можем, пользуясь фундаментальным соотношением (3.3.12), описывающим прохождение случайного процесса через линейные инвариантные системы, связать двумерные спектры мощности д и р с двумерным спектром мощности Рп флуктуаций показателя преломления. Результат таков [c.393]

Рассмотрим теперь распространение излучения в среде, показатель преломления которой изменяется случайным образом. При падении световой волны на такую случайную среду амплитуда и фаза волны претерпевают флуктуации, обусловленные флуктуациями показателя преломления среды. [c.97]

Коэффициент имеет гауссов вид и совпадает с коэффициентом корреляции для флуктуаций показателя преломления. Коэффициент для уровней отличается от гауссова. Однако и в этом случае корреляция между флуктуациями уровня простирается на расстояние того же порядка, что и корреляция между флуктуациями показателя преломления. Приведенные выше соотношения и комментарии к ним относятся к случаю слабых флуктуаций, когда при прохождении излучения через случайно неоднородную среду проявляются эффекты однократного рассеяния. Приближение однократного рассеяния остается справедливым до тех пор. [c.105]

В главах 1 и 2 книги содержатся сведения о турбулентных флуктуациях показателя преломления и методах теории распространения электромагнитных волн оптического диапазона в случайно-неоднородных средах. Специальный раздел посвящен методам решения задач на локационных трассах. В главах 3—6 излагаются результаты экспериментальных и теоретических исследований статистических характеристик поля пучков оптического излучения, распространяющегося в турбулентной атмосфере на связных трассах. Анализируются средняя интенсивность, когерентность, пространственно-временная структура флуктуаций фазы и интенсивности излучения, случайная рефракция оптических пучков в зависимости от турбулентности на трассе и параметров приемной и передающей оптических систем. В главах 7 и 8 рассматриваются результаты исследований распространения лазерного излучения на локационных трассах. Дается последовательный теоретический анализ влияния интенсивности турбулентности, свойств отражающей поверхности и параметров лазерного источника, отражателя и приемника на эффекты, обусловленные корреляцией встречных волн. Систематизируются результаты экспериментальных исследований распространения лазерного излучения на трассах с отражением в турбулентной атмосфере. В главе 9 описаны методы и аппаратура лазерного зондирования атмосферной турбулентности. [c.6]

Флуктуации показателя преломления, вызываемые турбулентным перемешиванием атмосферного воздуха, оказывают существенное влияние на амплитуду и фазу распространяющихся в атмосфере световых волн. По теории распространения волн в атмосфере и других случайно-неоднородных средах имеется обширная [c.17]

Рассмотрим сначала плоскую волну, падающую на случайную среду, характеризуемую флуктуациями показателя преломления Предположим, что среда движется со скоростью ветра V, которая выражается в виде суммы средней скорости и и флуктуаций скорости Vf [c.141]

Предположим, что корреляционная функция В (гь Гг) флуктуаций показателя преломления Л] является произведением медленно меняющейся дисперсии В1 (гс) и коэффициента корреляции Вп га) Дисперсия Вп Тс) является функцией только координаты центра тяжести = - ( 1 + и характеризует глобальное изменение свойств случайной среды. Коэффициент корреляции Вп (Гй) является функцией только разностной координаты г а — = Г1 — Гг и характеризует локальное поведение среды [c.156]

В приложениях дана сводка полезных формул для спектральных представлений случайных функций. Включены также краткие сведения о параметрах турбулентности и о флуктуациях показателя преломления. [c.16]

Мороз Т.А. Влияние сильных флуктуаций показателя преломления среды на статистические свойства морской реверберации. - Тезисы докладов VII Всесоюзного симпозиума Методы представления и аппаратурный анализ случайных процессов и полей . Ленинград, 1974, с. 159-164. [c.121]

МЕРЦАНИЯ РАДИОВОЛН — вариации интенсивности радиоволн во времени, вызванные случайными неоднородностями среды (показателя преломления и) явление, аналогичное мерцанию звёзд. М. р. возникают в результате фокусировки, дифракции, а также интерференции радиоволн, рассеянных разными неоднородностями. На рис. изображено возникновение амплитудных флуктуаций за тонким непоглощающим слоем с неоднородностями (случайным фазовым экраном), за к-рым появляются случайные искажения фазового фронта волны, обусловленные флуктуациями её фазы s [c.100]

Кроме энергетических потерь световая волна, распространяясь в атмосфере, испытывает флуктуации амплитуды и фазы, обязанные своим происхождением случайному пространственно-временному распределению показателя преломления воздуха [10],. [c.16]

Турбулентность приводит к флуктуациям гидродинамических параметров. В атмосфере — к возникновению случайных полей пульсаций скорости потока и, температуры Г , плотности р , давления / п, влажности е и т. д. Эти пульсации вызывают флуктуации показателя прело.мления п среды и скорости распространения волн (для света играют роль р и Т , для радиоволн СВЧ диапазона — Рп, е и Т , для звука — и, Т и е). Для наглядности можно представить, что все пространство, занятое турбулентным потоком, случайным образом заполнено слабыми неоднородностями показателя преломления в виде выпуклых и вогнутых, т. е. фокусирующих и дефокусирующих, линз самых различных масштабов, накладывающихся друг на друга. [c.170]

СПЁКЛЫ от англ, spe kle — пятнышко, крапинка) — пятнистая структура в распределении интенсивности когерентного света, отражённого от шероховатой поверхности, неровности к-рой соизмеримы с длиной волны света Я, или прошедшего через среду со случайными флуктуациями показателя преломления. С. возникают вследствие интерференции сеета, рассеиваемого отд. шероховатостями объекта. Т. к. поверхность предмета освещается когерентным светом, то интерферируют все рассеянные лучи и интерференц. картина имеет не периодическую, а хаотич. структуру. На рис. 1 представлена фотография спекл-структуры, возникающей при рассеянии высокоинтенсивного (лазерного) пучка света, проходящего через матовое стекло. [c.604]

М. Смолуховский понял, что молекулярное рассеяние света вызывается тепловыми флуктуациями показателя преломления среды. Они и делают среду оптически мутной. Появился новый термин — флуктуация . Что это такое Заглянем в Физический энциклопедический словарь . Находим Флуктуации — случайные от191бнения наблюдаемых значений физических величин от их средних значений. Для макроскопических систем наблюдаемые значения физических величин с очень большой точностью совпадают с их статистическими средними, а сколько-нибудь значительные флуктуации встречаются редко.. ..Флуктуации классических физических величин связаны с конечностью числа частиц в системе... [75]. [c.140]

Рассеяние света в однородной среде обусловлено тем обстоятельством, что та среда, которую мы выше определили как однородную, таковой на самом деле никогда ие является из-за наличия локальных прострапстпепно-временных флуктуаций ее физико-химических параметров, приводящих к флуктуациям усредненных оптических характеристик. На флуктуации, как па причину, обусловливающую рассеяние света однородной средой, обратил внимание еще Эйнштейн в 1910 г., развивая теорию рассеяния света [И]. Флуктуации показателя преломления могут быть обусловлены флуктуациями термодинамических характеристик (плотности и температуры) и физико-химических характеристик (концентрации, анизотропии) среды. Из-за независимости процесса флуктуаций в различных элементарных объемах среды в различные моменты времени световые волны, рассеянные этими объемами, находятся в случайных фазовых соот-ношеииях, не компенсируют друг друга, возникает рассеяние света средой как целым. [c.129]

Исследованию распространения оптического излучения в турбулентной атмосфере уделяется значительное внимание в связи с широким применением лазеров в оптических системах, предназначенных для работы в земной атмосфере. Если атмосферные газы и аэрозоли вызывают преимущественно энергетическое ослабление оптического излучения, то турбулентные пульсации показателя преломления приводят к случайному перераспределению энергии в оптических пучках, определяя таким образом технические возможности лазерных систем. Действительно, точность геодезических лазерных приборов, пространственное и временное разрешение лазерных локаторов, возможности и точность определения параметров среды дистанционными лазерными методами можно оценить только с учетом флуктуаций поля оптических пучков. Вызываемые турбулентностью случайные изменения показателя преломления могут суш,ественно ограничивать технические характеристики оптических систем, так что в ряде случаев сама целесообразность их применения должна определяться на основе оперативного прогнозирования флуктуаций поля лазерного излучения с учетом сложившейся в атмосфере оптико-метеороло-гической ситуации [46] (ссылки даны по списку цитируемой литературы ко второй главе). [c.5]

Показатель преломления п можно представить в виде суммы среднего значения <п> и флуктуаций пу. Тогда г/-компонента второго члена в (17.5) порядка ЩЕ kl2n Eв то время как последний член порядка (2nJll )E . Здесь Iq — радиус корреляции флуктуаций показателя преломления tii, а ось х выбрана в направлении распространения волны. Отсюда ясно, что последним членом в (17.5) можно пренебречь, если длина волны % много меньше, чем радиус корреляции случайной среды /о. Укажем, что отбрасывание последнего члена в (17.5) означает пренебрежение деполяризацией (поляризационные эффекты рассмотрены в работах [329, 332]). [c.100]

Мерцания звезд и обусловливаемые ими флуктуации светового потока на приемнике излучения при его прохождении через земную атмосферу вызываются неоднородностями показателя преломления воздуха п. В случае установки приемника на космическом аппарате при его движении по орбите световые лучи испытывают неодинаковое преломление за счет неоднородностей показателя преломления, что приводит к случайным вариациям блеска звезды. Визуальные наблюдения мерцаний звезд из космоса с пилотируемых аппаратов, включая орбитальные станции Салют-Т и Мир дали ряд интересных результатов отно- [c.302]

Термин сплошная случайная среда обозначает среду, показатель преломления которой меняется случайно и непрерывно во времени и в пространстве. Примерами могут служить тропосферная и ионосферная турбулентность, атмосферы планет, солнечная корона, турбулентность жидкости, турбулентные следы и факелы самолетов и ракет, турбулентность чистого воздуха и биологические среды. Если в данной точке случайной среды флуктуации ее свойств ниже определенного уровня, то флук -туации волны малы. В этом случае обычно говорят о слабы/ флуктуациях . Если же флуктуации свойств среды велики, то этот случай относится к так называемым сильным флуктуациям . Для слабых флуктуаций возможен ряд упрощений и приближений. Этому случаю посвящены гл. 16—19. [c.14]

Такие величины, как скорость ветра, температура, показатель преломления, в каждой точке турбулентной атмосферы испытывают нерегулярные флуктуации. На рис. 1 в качестве примера приведена синхронная запись некоторых метеорологических элементов, полученная нри помощи малоинерционной аппаратуры. Мы видим, что значения скорости ветра и температуры испытывают беспорядочные флуктуации, которые различаются по амплитуде и частоте и накладываются друг на друга хаотическим образом. Для описания полей метеоэлементов в турбулентной атмосфере применяется аппарат случайных функций. Понятие дучайной функции является обобщением понятия случайной вели- 1ИНЫ. Например, дискретная случайная величина может принимать значения из некоторой совокупности чисел (совокупность возможных реализаций ) с различными вероятностями Pli Pi,. .. Аналогично этому мы говорим, что функция / (i) является случайной, если она с различными вероятностями может [c.9]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...