[发明专利]大气相干长度的稳定测量方法

说明书

技术领域

本发明属于自适应光学领域，涉及大气通道的自适应校正效果的评价参数，具体地说是大气湍流强度参数即大气相干长度的稳定测量方法。

背景技术

地球表面垂直方向上有10~20公里的大气层，由于温度的不均匀变化使得空气局部密度不同，即而导致大气折射率不均匀，从而形成大气湍流对光波前的动态扰动现象。利用天文望远镜对空间目标观测成像时，天文望远镜接收到的目标光波受到大气湍流的动态扰动而产生不同程度的波前畸变，严重影响成像质量。因此，自适应波前校正系统成为米级以上口径望远镜的必要设施。为了评价自适应波前校正系统应对大气湍流的能力，大气湍流强度的测量一直是自适应光学领域的重要课题。

大气相干长度r₀的数值能够表达光束在大气湍流中传输的空间相干性及大气湍流动态扰动的综合强度。大气相干长度r₀的值越小，表征大气湍流的动态扰动越剧烈，取值范围一般在几个厘米至几十厘米之间。r₀值的定义为：光学波面在大气相干长度r₀为直径的圆域或者说是子孔径内位相起伏的均方根值RMS是1rad。当光学波面的直径超过大气相干长度r₀值的尺度时，光学波面的畸变量将降低光学接收系统的成像分辨率。

通常采用两种方法测量大气相干长度r₀：一种是通过测量大气湍流折射率结构常数进而求出大气相干长度r₀，需要经过长期观测才能得到折射率结构常数的统计规律；另一种是通过测量畸变波前的位相信息求出大气相干长度r₀，就是所谓的差分星点像运动法(DIMM)，已被广泛采用。

差分星点像运动法(DIMM)由Stock和Keller于1960年提出，其测量原理为：在天文望远镜的入瞳位置处放置一块挡板，挡板上开具有两个子孔径，两个子孔径之间的距离远大于子孔径直径。来自大气通道另一端的点目标光束经过两个子孔径到达观测CCD相机后会分为两个独立的星点像。在一定时间内，通过实时记录由大气湍流动态扰动导致的两个像点之间相对距离的变化，就能够计算出大气相干长度r₀的值。F.Roddie在Fried理论研究的基础上，推导出计算大气相干长度r₀的基本公式【F.Roddier，The effects of atmospheric turbulence in optical astronomy，[J].Prog.Optics,1981,19:281~376】：

r0=[2f2l2(0.358D-1/3-0.242Z-1/3)<Zq2>-<Zq>2]3/5]]>