대기 요동 환경에서의 레이저빔 전파 모델에서 다수 위상판의 효과
Effect of a Multi-phase Screen in a Laser-beam-propagation Model Under Atmospheric Fluctuations
0
조회
0
다운로드
0
인용
0
참고문헌
키워드
초록
대기 중을 진행하는 레이저 빔에 대기 요동이 미치는 영향을 단일 위상판 모델 및 다수 위상판 모델로 분석하고 비교하였다. 파장이 1064 nm 이고 반지름이 10 mm인 레이저 빔을 1인치 광학계로 시준하여 3 km를 진행하는 경우에 대해 대기 요동 강도를 나타내는 구조 상수 C를 10 −17 부터 10 −14 까지 변화시켜가며 단노출 빔 형상을 단일 및 다수 위상판 모델로 확인하였다. 구조 상수에 따른 레이저 빔의 변화를 정량화하기 위해 장노출에 대한 유효 수광 출력과 빔 크기 값을 사용하였으며, 구조 상수가 증가함에 따라 이 값들은 단일 및 다수 위상판 모델에서 공통적으로 증가하는 경향을 보였다. 구조 상수인 Cn가 2 × 10 −15 보다 작은 경우 하나의 위상판 사용 대비 다수의 위상판 사용 사이에 1.5% 이내의 장노출 유효 수광 출력과 빔 크기 차이만 발생하였지만, 그 이상인 경우 결과값의 차이가 지속적으로 증가하였다. 즉 3 km 진행하는 레이저 빔은 구조 상수 2 × 10 −15 이상에서 다수 위상판 모델을 사용해야 함을 확인하였다.
Abstract
We analyze the effect of atmospheric fluctuation on laser-beam-propagation, using a single-phase screen model and a multi-phase screen model. When a laser beam (wavelength 1064 nm, radius 10 mm, collimated by 25.4 mm optics) propagates 3 km, atmospheric fluctuation with structureconstant Cnin the range of 10 −17 to 10 −14 is generated by the single- and multi-phase screen models. The results of short-term and long-term exposuresare analyzed in terms of the beam profile, power in the bucket, and beam radius at the receiver plane. The power in the bucket and beam radiusincrease as the structure constant increases. When the structure constant is less than 2 × 10 −15 , the results of the single- and multi-phase screen models are similar, within a difference of 1.5 %. However, when the structure constant is greater than 2 × 10 −15 , the difference between the two models increases, and the multi-phase screen model is appropriate under this condition.
참고문헌 (17)
- K. Jin, "Wireless laser power transmission : A review of recent progress", IEEE Trans. Power Electron, 34, pp.3842~3859 (2019)
- M. A. Khalighi, "Survey on free space optical communication : A communication theory perspective", IEEE Commun. Surv. Tutor, 16, pp.2231~2258 (2014)
- T. Fahey, "Laser beam atmospheric propagation modelling for aerospace LIDAR applications", Atmosphere, 12, pp.918~ (2021)
- A. Al-Habash, "Mathematical model for the irradiance probability density function of a laser beam propagating through turbulent media", Opt. Eng, 40, pp.1554~1562 (2001)
- R. Frehlich, "Simulation of laser propagation in a turbulent atmosphere", Appl. Opt, 39, pp.393~397 (2000)
- R. G. Lane, "Simulation of a Kolmogorov phase screen", Waves Random Media, 2, pp.209~224 (1992)
- J. Wu, "Effect of multi-beam propagation on free-space coherent optical communications in a slant atmospheric turbulence", J. Opt, 24, pp.075601~ (2022)
- L. C. Andrews, "Laser Beam Propagation through Random Media" (2005), SPIE Publications
- B. E. A. Saleh, "Fundamentals of Photonics" (2007), Wiley-Interscience
- M. Charnotskii, "Comparison of four techniques for turbulent phase screens simulation", J. Opt. Soc. Am. A, 37, pp.738~747 (2020)
- V. A. Banakh, "Effectiveness of the subharmonic method in problems of computer simulation of laser beam propagation in a turbulent atmosphere", Atmos. Ocean. Opt, 25, pp.106~109 (2012)
- G. Jumper, "Comparison of recent measurements of atmospheric optical turbulence", Proc. 36th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference (2005)
- A. Ziad, "First statistics of the turbulence outer scale at Dome C", Astron. Astrophys, 491, pp.917~921 (2008)
- A. Ziad, "Review of the outer scale of the atmospheric turbulence", Proc. SPIE, 9909, pp.99091K~ (2016)
- E. Azoulay, "Optical measurement of the inner scale of turbulence", J. Phys. D: Appl. Phys, 21, pp.S41~ (1988)
- A. Consortini, "Inner-scale effect on irradiance variance measured for weak-tostrong atmospheric scintillation", J. Opt. Soc. Am. A, 10, pp.2354~2362 (1993)
- C. D. Meinhart, "The theory of diffractionlimited resolution in microparticle image velocimetry", Meas. Sci. Technol, 14, pp.1047~1053 (2003)