<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<article
			xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"
			xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"
			xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
			
			xml:lang="ru">
			<front>
			<journal-meta>
				<journal-id journal-id-type="ojs">vestnik</journal-id>
				<journal-title-group>
					<journal-title xml:lang="ru">Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества</journal-title>
					<trans-title-group xml:lang="en">
						<trans-title>Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation</trans-title>
					</trans-title-group>
				</journal-title-group>
			<issn pub-type="ppub">1729-5459</issn>
			<publisher>
				<publisher-name>Кубанский государственный университет</publisher-name>
				<publisher-loc>RU</publisher-loc>
			</publisher>
			<self-uri xlink:href="https://vestnik.kubsu.ru/" />
		</journal-meta>
		<article-meta>
			<article-id pub-id-type="publisher-id">998</article-id>
			<article-id pub-id-type="doi">10.31429/vestnik-20-1-52-64</article-id>
			<article-categories>
				<subj-group xml:lang="ru" subj-group-type="heading"><subject>Научная статья</subject></subj-group>
				<subj-group xml:lang="en" subj-group-type="heading"><subject>Original article</subject></subj-group>
				<subj-group xml:lang="ru"><subject>Физика</subject></subj-group>
				<subj-group xml:lang="en"><subject>Physics</subject></subj-group>
			</article-categories>
			<title-group>
				<article-title xml:lang="ru">Моделирование рефракционных изображений при распространении лазерных  пучков в оптически неоднородных жидких средах</article-title>
				<trans-title-group xml:lang="en">
					<trans-title>Modeling of refractive images during the propagation of~laser beams in optically inhomogeneous liquid media</trans-title>
					</trans-title-group>
			</title-group>
			<contrib-group content-type="author">
				<contrib >
					<contrib-id contrib-id-type="orcid" authenticated="false">https://orcid.org/0000-0002-2670-7712</contrib-id>
					<name-alternatives>
						<string-name specific-use="display">Ведяшкина А.В.</string-name>
						<name name-style="western" specific-use="primary" xml:lang="ru">
							<surname>Ведяшкина</surname>
							<given-names>Анастасия Вячеславовна</given-names>
						</name>
						<name name-style="western" xml:lang="en">
							<surname>Vedyashkina</surname>
							<given-names>Anastasiya V.</given-names>
						</name>
					</name-alternatives>
					<xref ref-type="aff" rid="aff-1" />
					<email>an.vedyashkina@gmail.com</email>
					<bio xml:lang="ru"><p>научный сотрудник АО "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института"</p></bio>
				</contrib>
				<contrib >
					<contrib-id contrib-id-type="orcid" authenticated="false">https://orcid.org/0000-0002-9014-6294</contrib-id>
					<name-alternatives>
						<string-name specific-use="display">Павлов И.Н.</string-name>
						<name name-style="western" specific-use="primary" xml:lang="ru">
							<surname>Павлов</surname>
							<given-names>Илья Николаевич</given-names>
						</name>
						<name name-style="western" xml:lang="en">
							<surname>Pavlov</surname>
							<given-names>Ilya N.</given-names>
						</name>
					</name-alternatives>
					<xref ref-type="aff" rid="aff-2" />
					<email>inpavlov@bk.ru</email>
					<bio xml:lang="ru"><p>канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры физики им. В.А. Фабриканта Национального исследовательского университета "МЭИ"</p></bio>
				</contrib>
				<contrib >
					<contrib-id contrib-id-type="orcid" authenticated="false">https://orcid.org/0000-0002-1231-9479</contrib-id>
					<name-alternatives>
						<string-name specific-use="display">Расковская И.Л.</string-name>
						<name name-style="western" specific-use="primary" xml:lang="ru">
							<surname>Расковская</surname>
							<given-names>Ирина Львовна</given-names>
						</name>
						<name name-style="western" xml:lang="en">
							<surname>Raskovskaya</surname>
							<given-names>Irina L.</given-names>
						</name>
					</name-alternatives>
					<xref ref-type="aff" rid="aff-2" />
					<email>raskovskail@mail.ru</email>
					<bio xml:lang="ru"><p>д-р. техн. наук, доцент, доцент кафедры физики им. В.А. Фабриканта Национального исследовательского университета "МЭИ"</p></bio>
				</contrib>
			</contrib-group>
			<aff id="aff-1"><institution content-type="orgname" xml:lang="ru">АО &quot;Особое конструкторское бюро Московского энергетического института&quot;, Москва</institution><institution content-type="orgname" xml:lang="en">JSC &quot;Special Design Bureau of the Moscow Power Engineering Institute&quot;, Moscow</institution></aff>
			<aff id="aff-2"><institution content-type="orgname" xml:lang="ru">Национальный исследовательский университет &quot;МЭИ&quot;, Москва</institution><institution content-type="orgname" xml:lang="en">National Research University &quot;MPEI&quot;, Moscow</institution></aff>
			<pub-date date-type="pub" iso-8601-date="2023-03-31" publication-format="ppub">
				<day>31</day>
				<month>03</month>
				<year>2023</year>
			</pub-date>
			<volume>20</volume>
			<issue>1</issue>
				<fpage>52</fpage>
				<lpage>64</lpage>
			<history>
				<date date-type="received" iso-8601-date="2022-11-05">
					<day>05</day>
					<month>11</month>
					<year>2022</year>
				</date>
				<date date-type="accepted" iso-8601-date="2022-11-24">
					<day>24</day>
					<month>11</month>
					<year>2022</year>
				</date>
				<date date-type="pub" iso-8601-date="2023-03-31">
					<day>31</day>
					<month>03</month>
					<year>2023</year>
				</date>
			</history>
			<permissions>
				<copyright-statement>Copyright (c) 2023 Ведяшкина А.В., Павлов И.Н., Расковская И.Л.</copyright-statement>
				<copyright-year>2023</copyright-year>
				<copyright-holder>Ведяшкина А.В., Павлов И.Н., Расковская И.Л.</copyright-holder>
				<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0">
					<license-p>Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.</license-p>
				</license>
			</permissions>
			<self-uri xlink:href="https://vestnik.kubsu.ru/article/view/998" />
			<abstract xml:lang="en">
				<p>The analytical models for the propagation of wave beams in the presence of strong refraction in liquid media have been developed, applicable to both narrow and wide, including structured laser beams used for probing inhomogeneities with significant refractive index gradients. Laser diagnostics of water stratifications with significant refractive index gradients, as a rule, is based on solving the inverse problem of refraction of optical radiation, which requires the development of models for the propagation of probing beams in and out of the medium. The propagation of laser radiation in highly inhomogeneous liquid media is accompanied by a change in its characteristics: curvature of the ray trajectories, distortion of the beam shape, and the formation of caustics. In this case, it is advisable to carry out measurements based on probing the medium with structured laser radiation, which makes it possible to record not the change in intensity, but the relative displacement of the structural elements of the beam.</p>
<p>Image discretization at the physical level can be carried out based on the use of structured laser beams for probing, formed using diffractive optical elements (DOE). DOEs that focus laser radiation into thin lines or small regions of space are the most promising for use in diagnosing gradient inhomogeneities. The use of beams with such a structure significantly expands the possibilities of traditional laser gradient methods.</p>
<p>The wave field of a structured laser beam with a known wavelength which has passed through an optical inhomogeneity with a given change in the refractive index can be described based on the Kirchhoff integral or using the spectral approach. Beam propagation in an inhomogeneous medium is described by the Helmholtz equation, which under a number of assumptions can be reduced to a parabolic one and solved by numerical methods. An alternative is to use an approach that simultaneously uses the principles of geometric optics and the spectral method. The advantage of this approach is the possibility of obtaining an approximate solution in an analytical form that is the same for wide and narrow beams, which makes it possible to solve the inverse problem without using laborious computational methods.</p>
<p>Using the stationary phase method, an asymptotic representation is obtained for the wave field of structured laser beams passing through an optically inhomogeneous medium, which is valid in the region of caustics and in the region of multirays. On the basis of experimental refractive images and the developed wave models, the reconstruction of the spatial and temporal characteristics of thermophysical and wave processes in liquid, including those accompanied by an abrupt perturbation of its parameters, can be carried out. The use of wave models in this case is fundamental for describing the position of the caustics and the significant spreading of the structural elements of the beam.</p>
			</abstract>
			<abstract xml:lang="ru">
				<p>Обоснована актуальность исследования и сформулированы проблемы, возникающие при разработке математических моделей распространения волновых пучков в условиях сильной рефракции. Предложены модели пучков, формируемых на основе дифракционных оптических элементов. Представлены результаты моделирования прямотеневых рефракционных изображений для лазерных пучков различных типов при распространении их в стратифицированной жидкой среде в отсутствие и при наличии каустик.</p>
			</abstract>
			<kwd-group xml:lang="ru">
				<kwd>оптически неоднородные жидкие среды</kwd>
				<kwd>лазерные пучки</kwd>
				<kwd>рефракция</kwd>
				<kwd>математические модели распространения оптического излучения</kwd>
				<kwd>лазерная диагностика жидких сред</kwd>
			</kwd-group>
			<kwd-group xml:lang="en">
				<kwd>optically inhomogeneous liquid media</kwd>
				<kwd>laser beams</kwd>
				<kwd>refraction</kwd>
				<kwd>mathematical models of propagation of optical radiation</kwd>
				<kwd>laser diagnostics of liquid media</kwd>
			</kwd-group>
			<counts><page-count count="13" /></counts>
		</article-meta>
	</front>
	<body></body>
	<back>
		<ref-list>
			<ref id="R1"><mixed-citation>Базылев, Н.Б., Фомин Н.А., <italic>Количественная визуализация течений, основанная на спекл-технологиях</italic>. Беларус. навука, Минск, 2016.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R2"><mixed-citation>Дубнищев, Ю.Н., Белоусов, П.П., Белоусов, П.Я., Арбузов, В.А., <italic>Оптические методы исследования потоков</italic>. Сибирское университетское издательство, Новосибирск, 2003.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R3"><mixed-citation>Левин, И.М., Перспективные направления развития оптических дистанционных методов исследования океана. В сб. <italic>Фундаментальная и прикладная гидрофизика</italic>, № 1, 2008, с. 14–47. EDN: KNPJCF</mixed-citation></ref>
			<ref id="R4"><mixed-citation>Долина, И.С., Родионов, М.А., Левин, И.М., Восстановление характеристик гидрофизических полей в море из результатов гидрооптических измерений. <italic>Морской вестник</italic>, 2010, № 4, c. 62–64. EDN: MXSISP</mixed-citation></ref>
			<ref id="R5"><mixed-citation>Dolina, I.S., Dolin, L.S., Levin, I.M., Rodionov, V.A., Savel’ev, V.A., Inverse problems of lidar sensing of the ocean. Current research on remote sensing, laser probing and imagery in natural water. In: <italic>SPIE Proc.</italic>, 2007, vol. 6615, pp. 66150C-1–66150C-10.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R6"><mixed-citation>Dolin, L.S., Levin, I.M., Underwater optics. In: <italic>The Optics Encyclopedia</italic>. Weinheim, Wiley-VCH Publ., 2004, vol. 5, pp. 3237–3271.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R7"><mixed-citation>Расковская, И.Л., Ринкевичюс, Б.С., Толкачев, А.В., Диагностика конвективных процессов в пограничном слое жидкости методом лазерной рефрактографии. <italic>Инженерно-физический журнал</italic>, 2010, т. 83, № 6, c. 1149–1156. . EDN: NXXWRL DOI: 10.1007/s10891-010-0444-x</mixed-citation></ref>
			<ref id="R8"><mixed-citation>Znamenskaya, I., Koroteeva, E., Shagiyanova, A., Thermographic analysis of turbulent non-isothermal water boundary layer. <italic>J. of Flow Visualization and Image Processing</italic>, 2019, vol. 26, pp. 49–56. DOI: 10.1615/JFlowVisImageProc.2018018925</mixed-citation></ref>
			<ref id="R9"><mixed-citation>Знаменская, И.А., Нерсесян, Д.А., Сысоев, Н.Н., Коротеева, Е.Ю., Ширшов, Я.Н., Оптические исследования динамики развития водяной струи высокого давления. <italic>Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия</italic>, 2016, № 4, с. 68–75. EDN: XWTUUF</mixed-citation></ref>
			<ref id="R10"><mixed-citation>Цеханович, А.И., Петросян, С.А., Цысарь, С.А., Сапожников, О.А., Шлирен-система для исследования структуры ультразвуковых полей в жидкости. <italic>Ученые записки физического факультета московского университета</italic>, 2020, № 5, с. 2050802-1–2050802-2. EDN: AXKHSR</mixed-citation></ref>
			<ref id="R11"><mixed-citation>Крайский, А.В., Миронова, Т.В., Сравнение результатов рефрактометрических измерений в процессе диффузии, полученных корреляционным фоновым методом и методом голографической интерферометрии с нестационарной опорной волной. <italic>Квантовая электроника</italic>, 2015, т. 45, № 8, c. 759–764. EDN: UGUZPN</mixed-citation></ref>
			<ref id="R12"><mixed-citation>Chashechkin, Y.D., Mitkin, V.V., Experimental study of a fine structure of 2D waves and mixing past an obstacle in a continuously stratified fluid. <italic>Dynamics of Atmospheres and Oceans</italic>, 2001, vol. 34, pp. 165–187. DOI: 10.1016/S0377-0265(01)00066-5</mixed-citation></ref>
			<ref id="R13"><mixed-citation>Осадчий, В.Ю., Левин, И.М., Савченко, В.В., Французов, О.Н., Лабораторно-модельная установка для исследования переноса излучения и изображения через взволнованную водную поверхность. <italic>Океанология</italic>, 2004, т. 44, № 1, с. 154–159. EDN: OWJSVP</mixed-citation></ref>
			<ref id="R14"><mixed-citation>Moisy, F., Rabaud, M., Salsac, K., A synthetic Schlieren method for the measurement of the topography of a liquid interface. <italic>Experiments in Fluids</italic>, 2009, vol. 46, iss. 6, pp. 1021–1036. DOI: 10.1007/s00348-008-0608-z</mixed-citation></ref>
			<ref id="R15"><mixed-citation>Dalziel, S., Carr, M., Sveen, J.K., Davies, P.A., Simultaneous synthetic schlieren and PIV measurements for internal solitary waves. <italic>Measurement Science and Technology</italic>, 2007, vol. 18, no. 3, pp. 533–547. DOI: 10.1088/0957-0233/18/3/001</mixed-citation></ref>
			<ref id="R16"><mixed-citation>Лейкин, М.В., Молочников, Б.И., Морозов, В.Н., Шакарян, Э.С., <italic>Отражательная рефрактометрия</italic>. Ленинград, Машиностроение, 1983.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R17"><mixed-citation>Settles, G.S., <italic>Schlieren and shadowgraph techniques: visualizing phenomena in transparent media</italic>. Springer, New York, 2001.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R18"><mixed-citation>Tropea, C., Yarin, A.L., Foss, J.F., <italic>Springer handbook of experimental fluid mechanics</italic>. Springer, Berlin, 2007.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R19"><mixed-citation>Белозеров, А.Ф., <italic>Оптические методы визуализации газовых потоков</italic>. Издательство Казанского гос. техн. ун-та, Казань, 2007.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R20"><mixed-citation>Васильев, Л.А., <italic>Теневые методы</italic>. Наука, Москва, 1968.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R21"><mixed-citation>Meier, G.E., Computerized background-oriented schlieren. <italic>Experiments in Fluids</italic>, 2002, vol. 33, pp. 181–187. DOI: 10.1007/s00348-002-0450-7</mixed-citation></ref>
			<ref id="R22"><mixed-citation>Venkatakrishnan, L., Meier, G.E., Density measurements using the background oriented Schlieren technique. <italic>Experiments in Fluids</italic>, 2004, vol. 37, pp. 237–247. DOI: 10.1007/s00348-004-0807-1</mixed-citation></ref>
			<ref id="R23"><mixed-citation>Goldhahn, E., Seume, J., The background oriented Schlieren technique: sensitivity, accuracy, resolution and application to a three-dimensional density field. <italic>Experiments in Fluids</italic>, 2007, vol. 43, pp. 241–249. DOI: 10.1007/s00348-007-0331-1</mixed-citation></ref>
			<ref id="R24"><mixed-citation>Расковская, И.Л., Ринкевичюс, Б.С., Толкачев, А.В., Лазерная рефрактография оптически неоднородных сред. <italic>Квантовая электроника</italic>, 2007, т. 37, № 12, c. 1176–1180. EDN: TTESSV</mixed-citation></ref>
			<ref id="R25"><mixed-citation>Сойфер, В.А., Безус, Е.А., Быков, Д.А., Досколович, Л.Л., Ковалев, А.А., и др., <italic>Дифракционная оптика и нанофотоника</italic>. Москва, Физматлит, 2014.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R26"><mixed-citation>Сойфер, В.А., <italic>Oптические преобразования</italic>. Издательство СГАУ, Самара, 2007.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R27"><mixed-citation>O’Shea, D.C., Suleski, T.J., Kathman, A.D., Prather, D.W., <italic>Diffractive optics: design, fabrication, and test</italic>. SPIE Press, Bellingham, 2003.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R28"><mixed-citation>Гончарский, А.В., Попов, В.В., Степанов, В.В., Введение в компьютерную оптику. Издательство МГУ, Москва, 1991.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R29"><mixed-citation>Taghizadeh, M.R., Blair, P., Layet, B., Barton, I.M., Waddie, A.J., Ross, N., Design and fabrication of diffractive optical elements. <italic>Microelectronic Engineering</italic>, 1997, vol. 37, pp. 219–242. DOI: 10.1016/S0167-9317(97)00188-3</mixed-citation></ref>
			<ref id="R30"><mixed-citation>Голуб, М.А., Казанский, Н.Л., Сисакян, И.Н., Сойфер, В.А., Харитонов, С.И., Дифракционный расчет оптического элемента, фокусирующего в кольцо. <italic>Автометрия</italic>, 1987, № 6, с. 8–15. EDN: SYXXID</mixed-citation></ref>
			<ref id="R31"><mixed-citation>Soifer, V.A., Korotkova, O., Khonina, S.N., Shchepakina, E.A., Vortex beams in turbulent media: review. <italic>Computer Optics</italic>, 2016, vol. 40, iss. 5, pp. 605–624. DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-5-605-624</mixed-citation></ref>
			<ref id="R32"><mixed-citation>Виноградова, М.Б., Руденко, О.В., Сухоруков, А.П., <italic>Теория волн</italic>. Наука, Москва, 1979.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R33"><mixed-citation>Расковская, И.Л., Волновая модель рефракции лазерных пучков с дискретным изменением интенсивности в сечении и их применение для диагностики протяженных нестационарных фазовых объектов. <italic>Квантовая электроника</italic>, 2015, т. 45, № 8, c. 765–770. EDN: UGUZPX</mixed-citation></ref>
			<ref id="R34"><mixed-citation>Расковская, И.Л., Распространение лазерного пучка в среде с акустической волной. <italic>Радиотехника и электроника</italic>, 2004, т. 49, № 11, c. 1382–1389.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R35"><mixed-citation>Кравцов, Ю.А., Орлов, Ю.И., <italic>Геометрическая оптика неоднородных сред</italic>. Наука, Москва, 1980.</mixed-citation></ref>
			<ref id="R36"><mixed-citation>Vedyashkina, A.V., Raskovskaya, I.L., Pavlov, I.N., Formation of caustics by refraction of structured laser radiation in the diffusive layer of liquid. In: <italic>PIERS Proc.</italic>, Czech Republic, Prague, 2015, pp. 884–887.</mixed-citation></ref>
		</ref-list>
	</back>
</article>