专利名称：大气相干长度的稳定测量方法
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1(Γ20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A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^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。A值的定义为光学波面在大气相干长度A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lrad。当光学波面的直径超过大气相干长度^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Γ(ι :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IV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IV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C⑶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A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为测量系统的焦距，入为接收光的中心波长，D为子孔径的直径，Z为两子孔径的中心间距，且Z r。，Zq为两子孔径的成像点质心间距，O为时间统计平均符号。像点质心坐标(cx，cy)的求算方法依据Francois Roddier，Adaptive optics inastronomy, Cambridge University Press,1999，Part two，pp99
权利要求
1.大气相干长度A的稳定测量方法，其特征是将Shack-Hartmann波前探测器与一天文望远镜光学对接，使望远镜接收到的任意一恒星的光束能够全口径、且与Shack-Hartmann波前探测器接收口径相同、平行入射Shack-Hartmann波前探测器；在Shack-Hartmann波前探测器测得的光斑阵列上选取正方形对称分布的10 14对子孔径，以增加空间统计几率，同时减少采样时间；利用公式
2.根据权利要求I所述的大气相干长度^的稳定测量方法，其特征是Shack-Hartmann波前探测器巾贞频为1020Hz。
3.根据权利要求2所述的大气相干长度Γ(ι的稳定测量方法，其特征是在Shack-Hartmann波前探测器上获得的光斑阵列图，其两个垂直方向上分别选择间距12个光斑即12倍&的6对光斑，形成正方形分布的12对子孔径的星点像，连续采集300幅光斑阵列数据，将每对星点像的质心间距Zq代入权利要求I所述的公式中，统计计算出r0。
全文摘要
本发明属于光学技术领域，是一种大气相干长度r0的稳定测量方法。根据大气湍流的时空几率一致特性，在哈特曼波前探测器上选取正多边形对称分布的多对子孔径，以增加空间统计几率，同时减少采样时间。为了继续利用公式(1)来计算r0，选取多对子孔径的方法是保持每一对子孔径的中心间距都严格相同，同时满足一对子孔径的选取原则，这样在哈特曼波前探测器结构的限制下正多边形对称分布的多对子孔径就简化为正方形分布。利用1秒时间内采集的数百幅湍流波面的光斑阵列信号，将每幅光斑阵列信号上正方形对称分布的多对像点的差分运动均代入公式(1)中进行全同统计平均，得出准确的、带有即时特征的大气相干长度r0值。
文档编号G01J9/00GK102778300SQ201210264328
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者刘永刚, 夏明亮, 姚丽双, 宣丽, 彭增辉, 曹召良, 李大禹, 杨程亮, 穆全全, 胡立发, 陈浩, 鲁兴海 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所