[发明专利]一种有限距离等晕角实时测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种有限距离等晕角实时测量装置及方法，涉及光波大气传输领域，安装在望远镜系统前端的三个圆形子光瞳（设置在一个三孔面罩上）接收点信标光强，在任两子孔上加楔镜将入射光分成对应于三子孔的三束光，三束光经过一些光学元件后最终被光电探测器接收；计算机处理得到接收的光斑强度与质心，统计三孔接收到的相对光强起伏协方差与两孔的差分像运动方差，分别得到有限距离等晕角与球面波大气相干长度。本发明方法简单易行，能实时连续测量有限距离等晕角，且同时给出大气相干长度，在自适应光学、高分辨率成像、激光大气传输等领域具有重要意义。

技术领域

本发明属于光波大气传输领域，涉及大气光学湍流参数的测量，具体为一种有限距离等晕角实时测量装置及方法。

背景技术

光波在大气中传输时，由于大气光学湍流(大气折射率的随机起伏)的影响，光波的波面会发生畸变、强度会产生起伏。角度非等晕性是指有一定夹角的两束光波面相位之间的差异，这种相位差异是由于经过不同的大气湍流路径而产生的。等晕角，表征角度非等晕性的大小，在这个角度范围内大气湍流造成的相位畸变可认为基本相同，超出这个范围，角非等晕性误差较大，自适应光学校正严重受影响，进而影响激光工程以及高分辨率成像。因而等晕角对自适应光学系统的性能评估具有重要意义。

等晕角θ₀的表达式：

Equation Chapter(Next)Section 1Equation Section 2(1)

由角度非等晕性引起的均方波前相位误差可表示为

对于整层大气等晕角，1979年G.C.Loos,和C.B.Hogge(“Turbulence of theupper atmosphere and isoplanatism”,Appl.Opt.18,2654-2661(1979)).基于孔径平滑理论发现，在合适大小的孔径上利用恒星闪烁可以测量等晕角。该方法利用平面波(恒星光可看成是平面波)闪烁理论，然而该方法运用到有限距离等晕角上会产生严重错误，主要原因是有限距离的信标光一般为球面波，而不能看成是平面波。

对于有限距离等晕角，简便易用且能实时测量的测量装置还未见报道。目前勉强可行的方法是利用湍流垂直廓线测量仪获取大气湍流廓线，再根据上式(1)积分得出。然而，众所周知，高时空分辨率及高精度的湍流廓线测量仪一直是大气湍流领域内研究的热点及难点问题；目前的湍流廓线测量仪结构复杂，不易操作，而且时空分辨率不高，测量精度难以评估。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实时测量湍流大气中有限距离等晕角的装置及方法，深化对大气湍流特性的认识，从而对激光大气传输的工程应用做出必要贡献。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

有限距离等晕角实时测量装置，包括接收望远镜、光电探测器件和计算机、衰减片、滤光片、成像透镜，其特征在于：所述的接收望远镜前端设有三孔面罩，所述三孔面罩上设有三个圆形子光瞳，任意两个圆形子光瞳上装有分光楔镜，所述的接收望远镜的后方光路上依次设有衰减片、滤光片、光学成像透镜，所述成像透镜的像平面上放置有光电探测器件，所述光电探测器件的输出端连接至计算机。

所述三个圆形子光瞳的直径均为D，任意一个圆形子光瞳与另外两个圆形子光瞳之间的中心间距为d₁、d₂，其中满足d₁＝1.2D,d₂＝2.3D。