Simulation de la distorsión atmosférica en un frente de onda electromagnética

Abstract

We describe the implementation of two methods, proposed by Harding et al. [2] and Lane et al. [5], for simulating the effects of atmospheric turbulence on the phase of wavefronts of light. The results of the simulation methods are the so-called phase screens, which are two-dimensional grids of points whose values represent the local phase of the wavefront. We calculate the covariance matrix from the analytic expression of a phase screen obeying Kolmogorov statistics, giving a basis of eigenvectors. The phase screens are found as a linear combination of these vectors with Gaussian random coefficients. The low resolution phase screens, found by the Fourier transform of the spatial power spectrum of Kolmogorov turbulence, are inadequate because simply applying the Fourier transform produces a phase screen that deviates from the analytic model in all but the small central region.

En este trabajo se describe la implantación de dos métodos propuestos por Harding et al. [2] y Lane et al. [5], para simular los efectos de la turbulencia atmosférica en la fase del frente de onda. Los resultados de los métodos de simulación se denominan “capas de fase“, y son rejillas de dos dimensiones de puntos que representan los valores de la fase local del frente de onda. La matriz de covarianza se calculó con la expresión analítica de una capa de fase obedeciendo la estadística de Kolmogorov [2], lo que brinda una base de vectores propios. La capa de fase es representada como una combinación lineal de dichos vectores con coeficientes aleatorios que siguen una distribución normal. La capa de fase de baja resolución encontrada por la transformada de Fourier del espectro de potencia de la teoría de turbulencia de Kolmogorov es inadecuada porque dicha transformada produce una capa de fase que se desvía en todo el modelo analítico excepto en la pequeña región central.