Статистические характеристики световой волны, распространяющейся в турбулентной морской воде

Abstract

Рассматривается распространение плоской световой волны в локально-однородной и изотропной турбулентной водной среде в случае, когда флуктуации оптического показателя преломления определяются флуктуациями температуры и солености. Для расчета статистических характеристик волны используется метод плавных возмущений. Кратко излагаются основные положения указанного метода, сделаны оценки и получены приближенные выражения статистических характеристик применительно к атмосферной турбулентности, рассмотрены характеристики световой волны, распространяющейся в турбулентной водной среде, когда флуктуации показателя преломления определяются флуктуациями одной скалярной компоненты. Использована ранее разработанная модель спектра флуктуаций оптического показателя преломления [25], которая базируется на модели Коррсина-Пао. Присутствие двух скалярных компонент приводит к аномальному поведению спектра флуктуаций показателя преломления в области малых масштабов, в частности появлению локальных экстремумов в зависимости от вкладов флуктуаций скалярных компонент (температуры и солености) в флуктуации показателя преломления. Показано, что эти аномалии проявляются в поведении таких статистических характеристиках, как корреляционная функция флуктуаций уровня и структурная функция фазы. Это выражается в изменении ширины корреляционной функции, смещении локальных максимумов структурной функции фазы и др.

Розглядається розповсюдження плоскої свiтової хвилi в локально-однорiдному й iзотропному турбулентному середовищi у випадку, коли флуктуацiї оптичного показника заломлення визначаються флуктуацiями температури й солоностi. Для розрахунку статистичних характеристик хвилi використовується метод плавних збурень. Коротко приводяться основнi положення вказаного методу, зроблено оцiнки i отримано наближенi вирази для статистичних характеристик у випадку атмосферної турбулентностi, розглянуто характеристики свiтлової хвилi, що розповсюджується в турбулентному водному середовищi, коли флуктуацiї показника заломлення визначаються флуктуацiями однiєї скалярної компоненти. Використана модель спектру флуктуацiй оптичного показника заломлення, яку отримано ранiше [25] i яка базується на моделi Корсина-Пао. Наявнiсть двох скалярних компонент призводить до аномальної поведiнки спектру флуктуацiй показника заломлення в областi малих масштабiв, зокрема появi локальних екстремумiв у залежностi вiд вкладiв флуктуацiй скалярних компонент (температури i солоностi) у флуктуацiї показника заломлення. Показано, що цi аномалiї впливають на поведiнку таких статистичних характеристик, як кореляцiйна функцiя флуктуацiй амплитуди i структурна функцiя фази. Це призводить до змiни ширини кореляцiйної функцiї, зсуву локальних максимумiв структурної функцiї фази та iн.

Propagation of two-dimensional light wave in local homogeneous and isotropical turbulent water, when fluctuations of optical refractive index is determined by fluctuations of temperature and salinity, is studied. The method of smooth perturbations is used for estimations of statistical characteristics of wave. At first, the fundamentals of this method is briefly stated. The estimations and approximated expressions of statistical characteristics of wave propagating in atmosphere are found. The characteristics of wave propagating in turbulent water when fluctuations of refractive index are determined fluctuations of single scalar component are considered too. Model of spectrum of fluctuations of optical refractive index is developed earlier [25]. It is based on the model Corrsin-Pao. The presence of two scalar components results in anomalous behavior of spectrum of fluctuations of refractive index in small-scale region, in paticular the arising of local extremums depending on the contributions of fluctuations of scalar components in fluctuations of refractive index. It is shown that these anomlouses are manifested in behavior of such statistical characteristics as correlation functions of amplitude fluctuations and structure function of phase and others. This leads to the changing of the width of correlation function, displacement of local extremums of stucture function of phase and so on.