專利名稱：大氣相干長度的穩定測量方法
技術領域：
本發明屬于自適應光學領域，涉及大氣通道的自適應校正效果的評價參數，具體地說是大氣湍流強度參數即大氣相干長度的穩定測量方法。
背景技術：
地球表面垂直方向上有1(Γ20公里的大氣層，由于溫度的不均勻變化使得空氣局部密度不同，即而導致大氣折射率不均勻，從而形成大氣湍流對光波前的動態擾動現象。利用天文望遠鏡對空間目標觀測成像時，天文望遠鏡接收到的目標光波受到大氣湍流的動態擾動而產生不同程度的波前畸變，嚴重影響成像質量。因此，自適應波前校正系統成為米級以上口徑望遠鏡的必要設施。為了評價自適應波前校正系統應對大氣湍流的能力，大氣湍 流強度的測量一直是自適應光學領域的重要課題。大氣相干長度A的數值能夠表達光束在大氣湍流中傳輸的空間相干性及大氣湍流動態擾動的綜合強度。大氣相干長度^的值越小，表征大氣湍流的動態擾動越劇烈，取值范圍一般在幾個厘米至幾十厘米之間。A值的定義為光學波面在大氣相干長度A為直徑的圓域或者說是子孔徑內位相起伏的均方根值RMS是lrad。當光學波面的直徑超過大氣相干長度^值的尺度時，光學波面的畸變量將降低光學接收系統的成像分辨率。通常采用兩種方法測量大氣相干長度Γ(ι :一種是通過測量大氣湍流折射率結構常數進而求出大氣相干長度IV需要經過長期觀測才能得到折射率結構常數的統計規律 ’另一種是通過測量畸變波前的位相信息求出大氣相干長度IV就是所謂的差分星點像運動法(DIMM)，已被廣泛采用。差分星點像運動法(DIMM)由Stock和Keller于1960年提出，其測量原理為在天文望遠鏡的入瞳位置處放置一塊擋板，擋板上開具有兩個子孔徑，兩個子孔徑之間的距離遠大于子孔徑直徑。來自大氣通道另一端的點目標光束經過兩個子孔徑到達觀測C⑶相機后會分為兩個獨立的星點像。在一定時間內，通過實時記錄由大氣湍流動態擾動導致的兩個像點之間相對距離的變化，就能夠計算出大氣相干長度A的值。F. Roddie在Fried理論研究的基礎上，推導出計算大氣相干長度A的基本公式F. Roddier, The effects ofatmospheric turbulence in optical astronomy, [J]· Prog. Optics, 1981，19:281 376]:
—「2/2/ 2(0.358// 1/3 - 0.242Z- 13) , ^w^)2其中，f為測量系統的焦距，入為接收光的中心波長，D為子孔徑的直徑，Z為兩子孔徑的中心間距，且Z r。，Zq為兩子孔徑的成像點質心間距，O為時間統計平均符號。像點質心坐標(cx，cy)的求算方法依據Francois Roddier，Adaptive optics inastronomy, Cambridge University Press,1999，Part two，pp99
權利要求
1.大氣相干長度A的穩定測量方法，其特征是將Shack-Hartmann波前探測器與一天文望遠鏡光學對接，使望遠鏡接收到的任意一恒星的光束能夠全口徑、且與Shack-Hartmann波前探測器接收口徑相同、平行入射Shack-Hartmann波前探測器；在Shack-Hartmann波前探測器測得的光斑陣列上選取正方形對稱分布的10 14對子孔徑，以增加空間統計幾率，同時減少采樣時間；利用公式
2.根據權利要求I所述的大氣相干長度^的穩定測量方法，其特征是Shack-Hartmann波前探測器巾貞頻為1020Hz。
3.根據權利要求2所述的大氣相干長度Γ(ι的穩定測量方法，其特征是在Shack-Hartmann波前探測器上獲得的光斑陣列圖，其兩個垂直方向上分別選擇間距12個光斑即12倍&的6對光斑，形成正方形分布的12對子孔徑的星點像，連續采集300幅光斑陣列數據，將每對星點像的質心間距Zq代入權利要求I所述的公式中，統計計算出r0。
全文摘要
本發明屬于光學技術領域，是一種大氣相干長度r0的穩定測量方法。根據大氣湍流的時空幾率一致特性，在哈特曼波前探測器上選取正多邊形對稱分布的多對子孔徑，以增加空間統計幾率，同時減少采樣時間。為了繼續利用公式(1)來計算r0，選取多對子孔徑的方法是保持每一對子孔徑的中心間距都嚴格相同，同時滿足一對子孔徑的選取原則，這樣在哈特曼波前探測器結構的限制下正多邊形對稱分布的多對子孔徑就簡化為正方形分布。利用1秒時間內采集的數百幅湍流波面的光斑陣列信號，將每幅光斑陣列信號上正方形對稱分布的多對像點的差分運動均代入公式(1)中進行全同統計平均，得出準確的、帶有即時特征的大氣相干長度r0值。
文檔編號G01J9/00GK102778300SQ201210264328
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者劉永剛, 夏明亮, 姚麗雙, 宣麗, 彭增輝, 曹召良, 李大禹, 楊程亮, 穆全全, 胡立發, 陳浩, 魯興海 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所