[实用新型]一种离轴式大气湍流强度廓线实时测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光学测量仪器技术领域，涉及一种离轴式大气湍流强度廓线实时测量装置。

背景技术

激光束在大气中传输时，由大气密度起伏所致的大气折射率起伏会使得在其中传输的光束产生光束漂移、光束扩展、光强闪烁、相位起伏等效应，破坏激光束的相干性，严重影响光束的传播质量。在大气光学研究中，大气湍流强度C_n²是表征大气湍流特性的一个基本参数。测量获得的大气湍流强度廓线，能精细地描述大气中湍流的细节，从而为激光大气传输效应研究提供基本参数。

目前，测量大气湍流强度廓线的方法有：温度脉动仪探空法，微波雷达，声雷达和光学方法(SCIDAR、MASS)。温度脉动仪探空法采用探空气球吊挂温度脉动仪进行探空测量，这种方法具有很高的空间分辨率，但是由于气球受风的影响，测量路径不受控制，另外，测量一条廓线的时间也较长。微波雷达通过测量雷达信号的后向散射功率计算大气湍流强度，但需要提供路径上的温度和湿度，比较费时，且湿度对测量的影响很难扣除，所以，精度也不高。声雷达测量原理与微波雷达类似，但由于声波是机械波，只能测量大气边界层，且由于声功率的限制，使测量高度有限。SCIDAR方法通过检测一定面积上光强或相位分布的相关性，得到大气湍流强度廓线，但要求间隔一定距离的两个光源作为信标，对信标的要求较为苛刻，且要求望远镜口径较大，一般在1m以上，给其应用带来了很大的限制。MASS是一种低分辨率的大气湍流强度廓线测量装置，只能给出6至7个距离的大气湍流强度值，空间分辨率低。

实用新型内容

本实用新型解决的问题在于提供一种离轴式大气湍流强度廓线测量装置，不仅能够实时获得大气湍流强度廓线，而且具有测量路径可控，距离分辨率高的优点。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种离轴式大气湍流强度廓线实时测量装置，包括激光器，激光器发射的激光束经反射镜后进入发射望远镜，激光束由发射望远镜扩束后发射至平板反射镜，平板反射镜将光束反射至空中设定距离聚焦，形成激光信标；由平板反射镜对激光信标的后向散射光进行接收并反射至离轴式接收望远镜中，接收望远镜接收的光由三角棱镜反射进入后继光路，后继光路将光束分光后传输至光电探测器中，光电探测器将接收的光束成像并将光信号转换为电信号，电信号经数据采集与处理单元采集、转换为数字信号，通过对空间不同距离处的激光信标图像进行处理后，计算大气湍流强度廓线。

所述的激光器发射的激光束经由两个光路平行的反射镜反射后进入发射望远镜中。

所述发射望远镜为施密特-卡赛格林式结构，包括副镜和主镜，激光束由副镜扩束并反射至主镜，再由主镜聚焦发射，主镜聚焦发射的激光束经平板反射镜反射后，在空中预定距离处聚焦。

所述通过调节发射望远镜中副镜和主镜之间的间距，主镜聚焦发射的激光束经平板反射镜反射后，在空中不同距离处聚焦，形成瑞利激光信标。

所述的平板反射镜的俯仰角可根据光路调节，使主镜聚焦发射的激光束经平板反射镜反射后沿设定的方向传输。

所述的接收望远镜包括凸面镜、反射镜和椭球凹面镜，椭球凹面镜将由平板反射镜反射的光束反射至凸面镜，凸面镜将光束反射至反射镜，反射镜将光束反射至三角棱镜，三角棱镜将光束反射至后继光路中。

所述的接收望远镜为由多套对称的离轴式接收望远镜组成的接收望远镜系统；每套离轴式接收望远镜所接收的光束经后继光路后，其所接收的激光信标均各自在光电探测器上形成光斑图像。

所述的后继光路包括第一凸透镜组、滤光片、光楔和第二凸透镜组，进入后继光路中的光束由第一凸透镜组准直，通过滤光片滤除光束杂散光，经光楔将光束分成两束，最后由第二凸透镜组将光束会聚到光电探测器中。

所述发射望远镜和离轴式收望远镜安装在俯仰角和方位角可以调节的转台上，且发射望远镜和接收望远镜的光轴平行，接收望远镜能够接收发射望远镜发射后在空间设定距离处形成的激光信标的后向散射光。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：