Випадкові флуктуації показника заломлення істотно впливають на статистичні характеристики лазерного пучка при поширенні його через турбулентну атмосферу. У випадку сильної турбулентності та великих відстаней між джерелом випромінювання та приймачем ефект збільшення довжини імпульсу (розширення імпульсу) може бути значним. Це призводить до таких небажаних явищ, як флуктуації часу прильоту імпульсу до детектора та перекриття сусідніх імпульсів. У результаті обмежуються можливості використання лазерів для передачі в атмосфері квантових криптографічних ключів, зменшується ефективність високошвидкісних оптичних систем зв'язку. Досліджено ефект розширення світлового імпульсу теоретично з використанням методу фотонної функції розподілу у фазовому просторі. Одержані аналітичні вирази дозволяють оцінити збільшення довжини імпульсів і прогнозувати можливість їх перекриття.

Висвітлено метод функції розподілу фотонів у фазовому просторі, продемонстровано та вивчено часово-просторові властивості лазерного випромінювання, що поширюється в оптично неоднорідній атмосфері. Виведено кінетичне рівняння для функції розподілу, що описує еволюцію випромінювання за практично довільних параметрів лазерного пучка та атмосфери. Отримано вираз для середнього значення функції розподілу фотонів, висвітлено ефект збільшення довжини лазерних імпульсів. Для флуктуацій інтенсивності випромінювання отримано асимптотичний вираз для кореляцій четвертого порядку для оптичних полів у атмосфері і застосовано його до опису ефекту усереднення сцинтиляційного індексу по апертурі. Частково описано сцинтиляції в найбільш складній для строгого опису області помірної турбулентності. Побудовано криві залежності сцинтиляційного індексу від усереднення по апертурі приймача у асимптотичному наближенні насичених флуктуацій. Описано вплив турбулентної атмосфери на розширення світлових імпульсів. Показано, що механізм кореляції фотонів дає суттєвий додатковий внесок у величину сцинтиляційного індексу при наближенні до області помірної турбулентності.