Measurements of angle of arrival fluctuations of a laser beam due to turbulence

Presentiamo i risultati della misura delle fluttuazioni di angoli di arrivo in un numero di punti di un fronte d'onda di un fascio laser divergente dopo propagazione attraverso turbolenza atmosferica, inizialmente attraverso un strato sottile di turbolenza prodotta da stufe in laboratorio e poi dopo percorsi in atmosfera. Lo scopo è di ottenere i valori dei due parametri della turbolenza: scala interna e costante di struttura. Le misure sono fatte con un uso particolare del Test di Hartman, senza lenti, diversamente da quanto sarà fatto successivamente nell'ottica adattiva. Dietro la maschera forata i fasci sottili che escono dai fori sono fatti percorrere un cammino in atmosfera, senza stufe, e poi incidono su uno schermo diffondente che viene fotografato dal dietro. La distanza fra la maschera forata e lo schermo consente di amplificare le posizioni delle macchie sullo schermo. Le fotografie ottenute sono state lette manualmente da differenti operatori e poi i dati elaborati con un computer, ottenendo le funzioni di struttura delle due componenti angolari orizzontale e verticale. Nel caso delle misure in laboratorio è stato possibile separare l'effetto della turbolenza da quello della propagazione nello strato, L, fra la maschera e lo schermo. Le misure in atmosfera sono state fatte su un percorso di 130 m a un'altezza di 1 m da terra e su uno di 200 m a un'altezza di 1,5 m da terra. Il "fitting" dei dati sperimentali con la teoria, di Tatarski, ha fornito i valori della scala esterna e della costante di struttura. In particolare la scala interna è risultata maggiore di quanto comunemente previsto nella letteratura, risultato da noi confermato successivamente. Measurements are reported of angle of arrival fluctuations over the wavefront of a diverging laser beam through turbulence, by a particular use, without lenses, of the Hartman test. The measurements made in the laboratory allowed us to take into account the effect of the modified Hartman test. In the atmosphere, measurements were made in two cases: a 130 m path and a 200 m path at an height of 1m and 1.5 m above ground, respectively. From the data, structure functions of the angle of arrival components in the horizontal and vertical planes were obtained. Fitting of the results with those expected by the theory allowed us to obtain the structure constant and the inner scale and of the atmospheric turbulence. The inner scale value resulted larger than that commonly expected from the literature. To our knowledge this is the first time that these atmospheric quantities are measured.