[發(fā)明專利]一種大氣相干長度儀的小型化設計方法

有效

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• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111024245B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設計）人: 于龍昆;沈紅;劉文興;張強;何冰
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 南昌金軒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 36129
• 代理人: 鐘隆輝

本發(fā)明公開了一種大氣相干長度儀的小型化設計方法，傳統(tǒng)DIMM要求接收光強的2個子瞳大小D與子瞳間距d滿足關系式d≥2D，一般采用卡塞格林式望遠鏡，其口徑在30cm左右。經(jīng)過理論分析與實驗驗證，我們發(fā)現(xiàn)子瞳間距的問題實際上是傾斜非等暈性問題，即使子瞳結(jié)構(gòu)不滿足上述關系式，依然可以利用新的計算公式來測量大氣相干長度。設置兩個子孔緊挨著(d＝D)，此時接收主體望遠鏡的口徑可以縮小到12cm左右。本發(fā)明設計方法為大氣相干長度儀(DIMM)的小型化提供了方法依據(jù)，解決了現(xiàn)有測量裝置笨重、架設觀測不便的問題，可使DIMM更便攜，架設觀測更容易，為實時監(jiān)測大氣光學湍流狀態(tài)提供極大便利。

技術領域

本發(fā)明屬于光波大氣傳輸領域，涉及大氣光學湍流參數(shù)的測量，具體為一種大氣相干長度儀的小型化設計方法。

背景技術

大氣相干長度r₀表征了光波大氣傳輸路徑上綜合光學湍流強度，在天文觀測中作為大氣視寧度的現(xiàn)代定義，其物理意義是，湍流大氣中能實現(xiàn)衍射受限成像的光學系統(tǒng)口徑上限，通常利用差分像運動監(jiān)測儀(Differential Image Motion Monitor,DIMM)來測量r₀。傳統(tǒng)標準DIMM要求子孔大小D與子孔間距d滿足關系式d≥2D，并且D需滿足近場近似條件λ為觀測光波波長，L為光在湍流路徑上的傳播距離(DIMM介紹詳見Sarazin M,Roddier F.The ESO differential image motion monitor[J].Astronomy andAstrophysics,1990,227(1):294-300.)。

用于天文選址中的DIMM的子孔大小D通常為4-12cm，d通常為20-30cm，采用卡塞格林式望遠鏡，其口徑通常在30cm左右。這使得測量裝置笨重不易攜帶、架設麻煩，一般需要2-3人才能架設觀測。針對這個問題，申請人研究發(fā)明了一種大氣相干長度儀的小型化設計方法，有望使得獨自一人快速架設觀測r₀成為可能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種大氣相干長度儀的小型化設計方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種大氣相干長度儀的小型化設計方法，近場近似條件適當放寬，使得子瞳大小D可以更小，子瞳間距d不受傳統(tǒng)要求關系式d≥2D的限制；

測量大氣相干長度的計算公式采用如下公式：

其中，σ_l²、σ_t²為兩子瞳波前差分到達角的縱向、橫向方差；λ為計算大氣相干長度r₀的取值波長，一般取500nm；_qF_p為廣義超幾何函數(shù)，選定D/d的值后，通過數(shù)值計算可以得出其值。

優(yōu)選的，為了得到子瞳上的傾斜項(也即到達角)，子瞳間距必須大于或等于子瞳大小，為了得到最緊湊的裝置，設置兩個子孔緊挨在一起(即d＝D)。

優(yōu)選的，近場近似條件為L為光在湍流中的傳播距離，所述的近場近似條件適當放寬，是指該條件可為L’為路徑上主要湍流區(qū)域路徑長度。

優(yōu)選的，考慮到接收光斑信噪比的問題，子瞳大小也不宜太小，綜合考慮儀器小型化與信噪比要求，我們D取4-8cm，子瞳間距取d＝D。

有益效果：

本發(fā)明的一種大氣相干長度儀的小型化設計方法，為大氣相干長度儀(DIMM)的小型化提供了方法依據(jù)，解決了現(xiàn)有測量裝置笨重、架設觀測不便的問題，可使DIMM更便攜，架設觀測更容易，為實時監(jiān)測大氣光學湍流狀態(tài)提供極大便利。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的接收光瞳結(jié)構(gòu)(圖a)與傳統(tǒng)DIMM的接收光瞳結(jié)構(gòu)(圖b)對比示意圖；