§ 9.3. Влияние атмосферы на распространение излучений оптических квантовых генераторов

Оптические квантовые генераторы (ОКГ) создают остронаправленное когерентное излучение высокой монохроматичности, что вызывает специфические особенности распространения этих излучений в атмосфере.

Ширина линий излучения ОКГ значительно меньше ширины линий в спектрах поглощения атмосферных газов. Для количественной оценки поглощения излучения ОКГ необходимо с большой степенью точности знать положения, интенсивности и форму отдельных спектральных линий атмосферных газов. На рис. 9.3 представлена запись тонкой структуры спектра поглощения земной атмосферы на участке излучения первой гармоники газового ОКГ (λ = 0,69 мкм). Запись сделана с высоким, но конечным разрешением, которое сглаживает истинную картину.

Рис. 9.3. Запись тонкой структуры спектра поглощения земной атмосферы (λ = 0,69 мкм)

Очевидно, если длина волны ОКГ изменится, то значительно изменится поглощение этого излучения. В поглощении излучений ОКГ существенную роль могут играть весьма слабые линии, когда их центры совпадают с центрами излучения. Поэтому при количественной оценке поглощения излучения ОКГ нельзя пренебрегать малыми примесями газов, такими, как метан, закись азота, окись углерода.

Наиболее надежно характеристики поглощения излучения ОКГ определяются экспериментально. Установлено, что при распространении излучения ОКГ в рассеивающей среде (дымке, тумане) коэффициент ослабления приблизительно равен коэффициенту ослабления некогерентного излучения на тех же волнах.

Благодаря присутствию в атмосфере неоднородностей коэффициента преломления и флуктуации этих неоднородностей происходит чрезвычайно быстрая флуктуация амплитуд и фаз оптических и ИК волн. Анализ экспериментальных данных показывает, что среднеквадратичное отклонение уровня сигнала увеличивается с ростом протяженности трассы и слабо зависит от длины волны излучения. Турбулентные движения в атмосфере вызывают дополнительное расширение диаметра пучка по сравнению с диаметром пучка в вакууме при прочих равных условиях. Это ограничивает возможность получения в атмосфере пучков малого сечения. Флуктуация неоднородностей атмосферы вызывает флуктуации углов прихода излучения, что приводит к смещению и размытию изображения. Кроме того, искажение фазового фронта волны и перераспределение интенсивности в сечении пучка приводит к ухудшению пространственной и временной когерентности излучения ОКГ. Все эти явления находятся в стадии изучения.