بررسی و شبیه‌سازی پارامتر cn2 و تاثیر آن بر توزیع شدت میانگین، اندازه لکه، شعاع انحنا و طول ریلی باریکه لیزری منتشرشده در اتمسفر

یکی از عمده‌ترین مشکلات انتشار لیزر در اتمسفر، تلاطم و نوسانات ضریب شکست اتمسفر است که پارامترهای لیزر را تحت‌تاثیر قرار می‌دهد. در این مقاله اثرات پارامتر ساختار ضریب شکست اتمسفر (cn2) بر توزیع شدت، اندازه لکه، شعاع انحنا و طول ریلی باریکه لیزری منتشر شده با پروفایل گاوسی، طول‌موج nm  1064، اندازه شعاع کمره cm 1 و توان w 1 بررسی شده است. به‌منظور پیش‌بینی مقادیر پارامتر cn2، مدل‌های هافناگل - والی (hv) و هافناگل - آندریس - فیلیپس (hap) باهم مقایسه شدند. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که در هر دو مدل با افزایش ارتفاع، پارامتر cn2 کاهش می‌یابد. همچنین گرچه مدل hv برای تعیین پارامتر cn2 در ارتفاعات بالا با حضور باد مناسب است، اما در ارتفاعات پایین و در ساعات مختلف روز، به‌خوبی نتایج تجربی و مدل hap رفتار پارامتر cn2 را مشخص نمی‌کند. شبیه‌سازی انتشار لیزر در اتمسفر نشان می‌دهد که با افزایش پارامتر cn2، میانگین توزیع شدت باریکه کاهش و اندازه لکه افزایش می‎یابد؛ همچنین شعاع انحنا کاهش‌یافته و طول ریلی ابتدا روند صعودی و سپس روند نزولی را در پیش ‌می‌گیرد. علی‌رغم وجود مشکلاتِ انتشار لیزر در اتمسفر، نتایج این مقاله و بررسی‌های آینده برای کاهش و جبران این اثرات امری ضروری به نظر می‌رسد.

investigation and simulation of the cn2 parameter and its effects on the average intensity distribution, spot size, radius of curvature, and rayleigh length of the laser beam propagation in the atmosphere

one of the significant problems of laser propagation in the atmosphere is the atmospheric turbulence and fluctuations of refractive index, which affects the laser parameters. in this article, the effects of atmospheric refractive index structure parameter (cn2) on the intensity distribution, spot size, radius of curvature, and rayleigh length of the laser beam propagated with gaussian profile, wavelength 1064 nm, size of beam waist 1 cm and power 1 w have been investigated. in order to predict cn2 parameter values, hufnagel-valley (hv) and hufnagel-andrews-phillips (hap) models were compared. the simulation results show that in both models, the cn2 parameter decreases with the increase in height. also, although the hv model is suitable for determining the cn2 parameter at high altitudes with the presence of wind, it does not determine the behavior of the cn2 parameter as well as the experimental results and the hap model at low altitudes and at different hours of the day. the simulation of laser propagation in the atmosphere shows that with the increase of the cn2 parameter, the average intensity distribution decreases and the spot size increases; also, the radius of curvature is reduced and the rayleigh length first goes up and then goes down. despite the problems of laser propagation in the atmosphere, the results of this article and future investigations seem necessary to reduce and compensate for these effects.