大气相干长度的昼夜观测.pdfVIP

　第 16 卷 　第 1 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 16 ,No. 1 　 　2004 年 1 月 HIGH POWER LASER AND PARTICL E BEAMS Jan. ,2004 　 文章编号 : (2004) 大气相干长度的昼夜观测 汪建业 , 　刘晓春 , 　饶瑞中 , 　龚知本 ( 中国科学院 安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031 ) 　　摘 　要 : 　介绍了利用差分像运动测量法测量光波到达角起伏方差来确定大气相干长度的方法 ,阐述了一 种能对大气相干长度进行昼夜测量的日夜两用型大气相干长度仪的测量原理与结构 ,经过长期昼夜观测分析 得知 : 整层大气湍流强度有随时间变化的趋势 ,这种趋势与近地面层的湍流强度的时间变化特征基本吻合 ,即 在日出后和日没前两段时间内的相干长度值远大于其它时间段内的值。 　　关键词 : 　大气传输 ; 　大气相干长度 ; 　统计特征 　　中图分类号 : 　TN246 ;O437 　　　　文献标识码 : 　A 　　激光大气传输及自适应光学相位校正研究需要对大气湍流介质进行定量的描述。大气相干长度描述了 整层大气传输路径上的综合湍流强度 ,为分析激光在整层大气中的上行或下行传输提供基本的参数。 　　大气相干长度最初在天文观测中得到应用 ,大气湍流引起的星光波前起伏使接收光学望远镜的实际分辨 率与大气相干长度密切相关 , 口径几m 的望远镜的实际分辨率大致与口径为 10～20cm 的望远镜相似。通过 自适应光学技术来校正大气湍流导致的波前起伏,可提高光学望远镜的分辨率使之达到或接近衍射极限 , 自适 应光学系统的效率也与大气相干长度密切相关。因此大气相干长度对自适应光学系统的设计也是十分重要 的。因此 ,我们研制了一种既可以在白天又可以在夜晚观测的大气相干长度仪 ,作为激光大气传输及相位校正 研究的基本工具之一。 1 　测量原理与方法 　　由于空间相位起伏所导致的空间相干性退化 ,使得平行于平面波波阵面的接收孔径上仅在 —个有限范围 内呈现相位相干,这个范围的尺度用横向相位相干长度或大气相干长度 r0 来描述。波结构函数 D ( r) 与 r0 的 关系为[1 ] ( ) ( ) 5/ 3 ( ) D r = 6. 88 r/ r0 1 当相干接收系统的接收孔径 r = r0 时 ,波结构函数 D ( r) 的值为6. 88 ,这时该系统的性能达到最佳极限。根据 λ 2 ( ) 随机介质中波的传播理论 ,对在地空光程中传播的波长为 的平面波 , r0 与大气折射率结构常数 C n h 的关 系为 ∞ - 3/ 5