Atmosferik türbülans koşullarının lazer ışınının yayılımına etkisinin incelenmesi

Abstract

Uzun yıllardır araştırma konusu olan atmosferik türbülans lazer tabanlı bir çok sistem için en kritik parametrelerden birisidir. Türbülanslı bir ortamda ilerleyen lazer ışını ısı, basınç ve nem farklılıklarından dolayı farklı kırılma indisine sahip hava paketçikleri ile karşılaşarak çeşitli bozunmalara uğramaktadır. Bu tez çalışmasında, öncelikle MATLAB kullanılarak kaynaktan çıkan Gaussian lazer ışını modellenmiştir. Daha sonra türbülanslı atmosferi oluşturabilmek için rastgele faz ekran modeli uygulanarak menzil boyunca belirli aralıklarda faz ekranları modellenmiştir. Faz ekranları modellenirken kullanılan spektrum modeli Non-Kolmogorov spektrum modelidir. Bu model kapsamında atmosferik iç ve dış ölçek büyüklüğü sırasıyla cm ler ve m ler cinsinden tanımlanmıştır. Gaussian lazer ışınının atmosferik türbülanslı ortamda ilerlemesinin benzetimini için ise kaynakta çıkan lazer ışını, oluşturulan faz ekranlarından geçirilerek menzil boyunca lazer ışınında meydana bozunmalar nümerik olarak hesaplanmıştır. Ayrıca aynı parametrelere sahip lazer ışınını vakum ortamında ilerlerken alıcı düzleminde meydana gelen benek genişlikleri hesaplanmıştır. Böylece türbülanslı atmosferde yayılan lazer ışının alıcı düzleminde meydana gelen benek genişlikleri ile karşılaştırılmıştır. Modelleme sonucunda menzil uzunluğu artttıkça türbülans parametresinin lazer ışınına etkisinin arttığı gözlenmiştir. Kaynaktan çıkan lazer ışınının benek genişliği atmosferik türbülanstan ne düzeyde etkileneceğinin bir göstergesi olarak ortaya çıkmıştır. Verici düzleminde benek genişliği ne kadar büyük olursa, türbülans parametresinin etkisi o derece azalma göstermektedir.

Atmospheric turbulence which have been the research subject for many years is one of the most critical parameters for systems based on laser. Due to differences in temperature, pressure and humidity, the laser beam propagating in turbulence medium encounters turbulence eddy with different refractive index and various disturbances might be observed. In this thesis, Gaussian laser beam exiting from the source is simulated using MATLAB. Then phase screens are modeled at certain distances through interval by applying a random phase screen model to create atmospheric turbulence medium. When phase screens are modeled, the spectrum model used is Non-Kolmogorov spectrum model. Within this model, the atmospheric inner and outer scale diameter is defined in terms of cm and m, respectively. The distorted beam is numerically computed by passing the generated phase screens through the media to simulate the propagation of Gaussian laser beam in atmospheric turbulence. In addition, when the laser beam with the same parameters is propagating in the vacuum medium, the spot diameter in the receiving plane is calculated. Thus, the laser beam spot diameter emitted in the turbulent atmosphere is compared with the spot diameter in the receiving plane. According to the model it is showed that as interval increases, the effect of the turbulence parameter on laser beam increases. The spot diameter at the source plane is showed how the atmospheric turbulence will affect to it. The larger the spot diameter in the transmitter plane, the less the effect of the turbulence parameter.