热风式大气湍流模拟装置的哈特曼测量

大气湍流是由于大气温度、压强的随机变化引起大气折射率随机改变而产生的。遵循这一原理,热风式湍流模拟装置对传输光束周围的空气加热,用风扇抽吸热空气产生湍流,通过改变加热温度和风扇的转速,模拟不同强弱的湍流。用哈特曼传感器对该装置进行测量并采集数据,通过波前斜率处理复原波前,在此基础上从时间域和空间域等方面分析所产生湍流的特点,并与理论进行比较。结果表明,该装置能产生基本符合大气湍流统计理论的湍流。

实验室湍流模拟装置在大气光学中的应用

大气湍流的光学特性在大气科学和光电工程应用研究中有重要影响。鉴于实际大气条件的复杂多变和实验条件的限制,在实验室内建立可控的、有限尺度的人工湍流模拟装置作为大气湍流的替代者,已成为相关研究的重要技术途径,在自适应光学技术中的相位模拟、自由空间光通信等光电工程设计中发挥了重要作用。目前,对海洋湍流中的光传播与成像、新兴光电工程的大气影响、特殊结构光束的大气传播的研究也借助于湍流模拟装置。为了充分发挥实验室湍流模拟装置的优势,本文深入分析了实验室人工湍流模拟装置的性能及其局限性。实验室内产生的人工湍流无疑可以用于探索一种随机介质对光传播影响的定性甚至半定量规律。但必须注意到:有限空间内产生的湍流只有在远离边界的较小空间内才具备均匀各向同性的特性,采用各向同性湍流统计理论分析湍流模拟装置中的全路径光传播效应是不严谨的。如果以此类装置研究光传播的定量规律,必须首先根据光电应用场景设计具有光学相似性的模拟装置,然后清楚了解湍流装置内的湍流特性的空间结构,并据此开展理论分析。

对流式湍流模拟装置湍流模拟稳定性研究

为评价对流式湍流模拟装置的性能,验证所模拟湍流的稳定性,提高湍流模拟器装置的可信度,从区域稳定性、频谱稳定性以及不同波长条件下大气相干长度的变化情况3个方面进行了详细的检测与分析。在不同位置选取21个点进行独立测量,对模拟装置的光强闪烁与角起伏区域稳定性进行了检测与评价。采用532、808、1064、1550 nm4种波长激光器与检测装置,以大气相干长度作为检测指标对模拟装置所模拟湍流的大气相干长度随波长的变化情况进行了检测。最后,对测量数据的强度起伏与角起伏进行了频谱分析以评价模拟装置的频谱稳定性。实验结果表明:对流式湍流模拟装置在16 cm×16 cm区域内的波动量小于15%,不同波长条件下相干长度满足Kolmogrov理论,频谱波动量小于20%,对大气湍流进行了高精度、高可靠性、高稳定性的模拟。该研究内容为对流式湍流模拟装置的使用提供了有效的依据。

热风对流式大气湍流模拟装置湍流模拟特性分析

热风对流式大气湍流模拟作为一种主要的大气湍流模拟手段已被广泛的应用，能很好地模拟大气湍流对激光光束造成的光强闪烁、相位起伏、到达角起伏、光束扩展和光束漂移等影响。采用532、808、1064、1550nm激光发射接收以及测量装置对热风对流式大气湍流模拟装置所模拟大气湍流的相干长度、等效大气折射率常数、光强闪烁等效距离以及光强闪烁与到达角起伏的频谱特性和概率密度分布特性进行了标定。实验结果表明：大气模拟装置所模拟大气湍流的相干长度范围为5～20cm，等效湍流链路长度为1km时，大气湍流模拟装置所能模拟的Cn^2最大值为1．81×10^-16；模拟链路距离为10km时，大气湍流模拟装置所能模拟最大Cn^2值为1．81×10^-16，光强闪烁等效距离为661．2m。所模拟大气湍流光强闪烁效应与到达角起伏效应的频谱特性与概率分布特性与实际大气湍流相近。综上所述，热风对流式大气湍流模拟装置所模拟大气湍流与真实大气环境比较接近。

对流湍流池湍流特性与真实大气对比实验研究

热风对流式大气湍流模拟装置作为一种主要的大气湍流模拟手段有着广泛的应用,其所模拟的大气湍流与真实大气湍流相比在频谱特性与概率密度特性上的一致性一直鲜有人研究。采用同样的发射与测试设备分别在1、6 km真实大气链路与室内模拟装置内进行了长期的测量,并对其频谱特性和概率密度分布特性做了详细的分析。实验结果表明,对流式大气湍流模拟装置所模拟大气对于光强闪烁效应的模拟在频谱特性和概率密度分布特性上均与真实的大气相符。对于到达角起伏效应的模拟,在y轴方向上,频谱特性与概率密度特性均与真实大气相符;但在x轴方向上,由于模拟装置缺少横向侧风产生装置,频谱特性与概率密度特性均与真实大气有区别,概率密度分布无明显规律。