用光纤准直耦合光路测量大气光学湍流

阐述了利用光纤准直器对组成的耦合光路的附加损耗产生的机理，证明大气湍流运动可引起该光路的附加损耗发生随机变化。根据湍流大气光传播原理，推导出了耦合光功率与光路参数和湍流参数关系式。分析表明：实际湍流大气造成的随机附加损耗主要取决于湍流强度。实验验证了利用该光路可在很短的空气间隙内获得湍流强度的变化信息。     

折返路径光学湍流激光成像探测技术研究

分析了折返路径光学湍流激光成像探测技术发展的背景和意义,阐述了湍流大气中的折返路径激光传输物理过程及其数学模型。利用构建的实验系统,获取了人造流场和自然湍流场中动态变化的激光散斑回波图像,分析了图像的典型特征。计算表明: 利用低通滤波算法可将激光光斑分解成低频的阴影和高频的散斑亮点图像;对相邻的两帧阴影图像进行互相关运算,可以获得二维的横向风场矢量,从而实现湍流场及其中涡旋结构的可视化,同时显示出湍流场在空间上的各向异性。提出了若干有待探究的科学问题,例如如何利用风场矢量提取光学湍流的尺度参数,以及如何利用散斑亮点结合背景纹影技术来分析湍流场结构等, 作为下一步的研究目标。     

应用于图像复原的大气调制传递函数研究综述

大气的吸收和散射以及湍流效应是造成大气中长距离成像质量下降的主要原因,分析了导致图像恶化的大气因素和大气调制传递函数(modulation transfer function,MTF)。由于准确获取大气MTF是以大气MTF的图像复原技术研究为基础,较系统地总结了大气湍流和大气气溶胶的MTF理论结果,给出了可能的应用思路。     

大气气溶胶等效吸收的研究

以强吸收性的煤烟气溶胶为例,分析了其等效吸收系数与反映粒子分布的荣格指数的关系,指出随荣格指数的增大,吸收系数呈现出先减小后增大的U形结构。对同一成分的气溶胶来说,小粒子的容热能力高于大粒子,随着大粒子的增多,延迟时间逐渐缩短。以光纤式迈克尔逊干涉的简易平台为基础,考察了镜面反射光经准直器端面的透射光和准直器端面反射光所形成的干涉光,在1.064m近红外平行光束垂直照射下的相位变化,利用相位变化量和等效吸收的关系,获取了晴天、雾天、纸张燃烧的薄烟雾及浓烟雾的大气气溶胶等效吸收的发展过程,测量灵敏度达到10-6m-1,分析了环境温度渐变引起的迈克尔逊干涉信号基线的飘移,为气溶胶吸收过程的详细研究和吸收系数的实际测量提供了试验基础。     

载波调制型大气光学湍流光纤测量系统的实验研究

介绍了利用载波调制型光纤Mach-Zehnder干涉仪测量大气光学湍流折射率起伏的原理,给出了载波调制信号的解调方法.实验研究表明,该系统测量大气折射率起伏方差的噪声水平为2.5×10-16.在真实的大气环境下,通过与传统温度脉动仪的对比测试分析表明,两者的探测结果无论在量级上还是在变化趋势上都有很好的一致性,这标志着大气湍流的光纤测量技术已初步迈入实用阶段.     

湍流大气中折返路径激光成像探测实验

采用红光激光器、3M微晶棱镜阵列反光膜和长焦高速CCD(电荷耦合器件)构建的折返路径激光成像探测系统,进行典型天气条件下湍流大气中1km传输路径上的激光光斑回波成像探测实验,并配备激光闪烁仪和大气相干长度仪实时监测湍流参数。对激光光斑图像的强度进行了统计分析,获得了不同位置、不同光斑孔径范围内的闪烁指数和光强起伏的空间相关系数,并尝试拟合得出了光斑中心点理想的点闪烁指数。将依据该闪烁指数推算出的湍流折射率结构常数与实时监测数据进行对比分析,结果表明:利用该方法所得的湍流折射率结构常数与激光闪烁仪实测值在变化趋势上具有良好的一致性,并且折返路径激光成像探测方法容易确保傍轴近似条件,理论上更符合实际。该系统不仅可用于观测受大气湍流影响的完整的远场激光光斑,通过定量化理论建模,还有望发展成为一种单端的大气光学湍流参数成像探测新技术。     

光纤传感技术用于大气光学湍流测量

简要回顾了几种常用的光学湍流测量方法,分析了其适用条件和存在的主要问题.阐述了将光纤传感技术引入大气光学湍流测量领域的思想,并且提出了两种有望获得突破的技术方案,即光纤干涉法和光纤准直耦合法.实验研究表明,前者在2 cm的空气路径上,后者在10 cm的空气路径上即可获得明显的湍流信息.同时发现光纤系统的噪声和稳定性是制约研究进展的主要因素.     

云南高美古湍流大气中激光短曝光光斑统计特性研究

为了探究激光在自由高空湍流大气中传输的短曝光光斑特性,在云南高美古3200 m的高海拔地区,选择远离下垫面的地势条件,开展了532 nm固体激光1,2,3,4,4.7 km大气传输光斑成像探测实验。利用4000 frame/s采样速率下的短曝光光斑数据,定性地描述了湍流大气中短曝光远场激光光斑的网纹状形态结构以及零星亮点的移动、消散和重构过程,并对激光光斑灰度值进行了定量的统计分析。结果表明:利用二维的光斑图像数据,可以较为方便地获得光强闪烁的孔径平均因子和理想的点闪烁指数,进而得到包括湍流强度和湍流内尺度在内的关键光学湍流参数;同时,也可对激光闪烁频谱、截止频率以及光斑的空间相关特性进行定量的判断。相关数据有助于研究高原或高空长程传输条件下的激光能量在目标靶面上的空间分布及其时间变化特性,为研究激光长程大气传输后光电系统的变化提供了一定的参考。     

利用米散射激光雷达获取湍流信息的方法研究

介绍了采用米散射激光雷达测量湍流信息的理论原理,分析了现有AML-2米散射激光雷达进行实验探测的可行性,并于2009年3月15日在水平方向上开展了初步实验.从回波信号曲线及数据分析结果来看,AML-2激光雷达探测湍流的有效距离为300～820 m;归一化光强起伏方差即闪烁指数数值在0.001～0.1之间,且随距离增加而...