Ukrainian Journal of Physical Optics 

¹Zhao Yan-zhong, ²He Ting , ¹Shan Cong-miao and ¹Sun Hua-yan

¹Department of Electronic and Optical Engineering, Space Engineering University, Beijing, China
²North China Research Institute of Electro-optics, Beijing, China
 

Download this article

Abstract. Using an extended Huygens–Fresnel diffraction integral, we have derived analytical formulae that describe a partially coherent array of Gaussian beams passing through an optical target and going back along the entrance way in a turbulent atmosphere. These formulae include the light intensity distribution at the return place, as well as the light intensity distribution and the spatial correlation at the target place. Using numerical calculations, we have studied the effects of laser coherence length and turbulence strength on the interference fringe contrast and the spatial coherence degree at the target place, together with the light intensity distribution at the return place and the system operating range. We have found that the fringe contrast and the spatial coherence degree at the target place decrease with increasing turbulence strength and decreasing laser coherence length. Then the contrast of light intensity distribution at the return place decreases and the difficulties of identification of optical targets grow. The operating range can be as large as hundred kilometres under a weak-turbulence condition, decreasing rapidly to a kilometre level at strong turbulence

Keywords: partially coherent Gaussian array beams, optical targets, cat-eye targets, atmosphere turbulence, coherence length

PACS: 42.68.Jg 
UDC: 535.3
Ukr. J. Phys. Opt. 18 213-224
doi: 10.3116/16091833/18/4/213/2017
Received: 04.09.2017

Анотація. З використанням узагальненого дифракційного інтеграла Ґюйґенса–Френеля одержано аналітичні формули для опису частково когерентного набору ґаусових променів, що проходять крізь оптичну мішень і йдуть назад тим же шляхом у турбулентній атмосфері. Вони включають розподіл інтенсивності світла в місці повернення, а також розподіл інтенсивності світла та просторову кореляцію в цільовому місці. На підставі чисельних розрахунків вивчено вплив довжини когерентності лазера та сили турбулентності на контраст інтерференційних смуг і ступінь просторової когерентності в цільовому місці, а також розподіл інтенсивності світла в місці повернення та робочий діапазон системи. Виявлено, що контраст смуг і ступінь просторової когерентності в цільовому місці зменшуються з посиленням сили турбулентності та зменшенням когерентної довжини лазера. Тоді контраст ро-зподілу інтенсивності світла в місці повернення понижується, а складність ідентифікації оптичних цілей зростає. В умовах слабкої турбулентності робочий діапазон може складати сотню кілометрів, швидко зменшуючись до рівня кілометрів за умови сильної турбулентності.