Laserstråling gjennom turbulent atmosfære Del 3 – eksperiment

Abstract

Prosjektet "Laservåpen og beskyttelse" innenfor forskningsprogrammet "Luftvern, ubemannede luftsystemer og laser" går ut på å utvikle høyeffektlasere som mottiltak mot innkommende prosjektiler, droner og liknende. Lasereffekten leveres på målet gjennom en typisk turbulent atmosfære. Derfor er det relevant å estimere påvirkningen som atmosfæren har på strålekvaliteten. Denne rapporten er den tredje i en serie. Vi diskuterer her eksperimentelle resultater fra et feltforsøk. Feltforsøket bidro først og fremst til kompetansebygging for videre forsøk med laserpropagasjon og strålelevering. Vi har prøvd ut analysemetoder som gir oss nyttig informasjon om intensitetsfordelingen på målet. Disse metodene avslørte problemer med laseroptikken, og vi lærte mer om hvilke kvalitetskrav metodene stiller til kameraene. Dette gjaldt spesielt muligheten til å kunne justere optikken i felt, redusere bakgrunnsstøyen i registreringene og synkronisere generelt. Erfaringene fra feltforsøket gjør at vi neste gang ønsker å utvide eksperimentet til å inkludere lengre tidsrekker, kjappere bildefølger og generelt flere kjøringer for flere detaljstudier. Til tross for noen eksperimentelle mangler finner vi interessante resultater: Andremomentene til stråleforflytningen og korttids stråleforbredning ser ut til å være additive, og dette støtter antakelsen at disse prosessene er statistisk uavhengige. Videre fant vi at stråleforflytningen var i samsvar med modellene som finnes i tekstbøkene, for eksempel til Andrews og Phillips. Forsøket ble gjennomført i oktober 2022 sørvest i Frankrike nær byen Toulouse i regi av det franske forskningsinstituttet ONERA.

The project "Laser weapons and protection" within the research program "Air defense, unmanned air systems and laser" involves developing high-power lasers as countermeasures against incoming projectiles, drones and the like. The laser effect is delivered on the target through a typically turbulent atmosphere. It is therefore relevant to estimate the influence of the atmosphere on the quality of the beam. This report is the third in a series. Here, we discuss experimental results from a field trial. The field trial primarily contributed to building expertise for further trials with laser propagation and beam delivery. We have explored analysis methods that give us useful information about the intensity distribution on the target. These methods revealed problems with the laser optics and we learned more about the quality requirements our methods impose on the cameras. This applies particularly to the ability to adjust the optics in the field, to reduce the background noise in the recordings and to synchronization in general. Based on our experiences from the field trial, we would like to expand our next experiment to include longer time series, faster image sequences and generally more runs for more detailed studies. Despite some experimental shortcomings, we find interesting results: The second moments of the beam displacement and short-time beam broadening appear to be additive, which supports the assumption that these processes are statistically independent. Furthermore, we find that the beam displacement is consistent with the models found in textbooks, for example the one by Andrews and Phillips. The experiment was carried out in October 2022 in the south-west of France near the city of Toulouse under the auspices of the French research institute ONERA.