Diffractieturbulentie

Diffractieturbulentie is het gecombineerde verschijnsel waarbij diffractie en turbulentie de voortplanting van golven door een medium met willekeurige refractieve-indexfluctuaties beïnvloeden. Het ontstaat wanneer een golf door een inhomogeen medium trekt waarvan de refractive index op meerdere lengteschalen varieert, bijvoorbeeld in de aardatmosfeer of in een systeem met turbulente temperatuur- en drukverschillen. De voortgezette interferentiepatronen bestaan uit complexe fase- en amplitudeveranderingen die beeldkwaliteit, signaalsterkte en resolutie kunnen beïnvloeden.

Mechanismen en gevolgen: Diffractie veroorzaakt buiging en verspreiding van het golfveld, terwijl turbulentie willekeurige faseverstoringen oplevert door refractieve-indexfluctuaties. Samen leiden ze tot scintillatie (helder- en donkerpatronen), verlies van contrast en veranderingen in het karakter van het puntbronpatroon. In optisch-astronomische toepassingen kan diffractieturbulentie beelden waziger maken; in radiocommunicatie en freespace-optische systemen veroorzaakt het fluctuaties in signaalsterkte en mogelijk fouten in de overdracht.

Modellen en parameters: De turbulentie wordt vaak beschreven met Kolmogorov-spectra voor refractieve-indexfluctuaties en met structure functies. De sterkte van de fluctuaties wordt gekarakteriseerd door de Cn^2-parameter en inner- en outer scales. Wiskundige benaderingen zoals phase-screen-methoden en de Rytov- of Born-approximaties worden gebruikt om de gecombineerde diffractie-turbulentie te simuleren.

Toepassingen en mitigatie: Adaptieve optiek en freespace-optische communicatie proberen diffractieturbulentie te compenseren of te ondervangen. Daarnaast worden metingen verricht met scintillometers en gerelateerde instrumenten om de turbulentie-eigenschappen te kwantificeren, wat bijdraagt aan systeemontwerp en prestatieevaluatie.