[发明专利]测量大气折射率结构常数的大口径激光闪烁仪及方法

说明书

技术领域

本发明涉及大气光学、遥感领域，具体是一种测量传输路径上大气折射率结构常数即大气湍流平均强度的方法和仪器。

背景技术

大气折射率结构常数C_n²是光学湍流强度的定量描述，是反映大气湍流光学特性的最重要的参数之一，了解C_n²的变化规律并对其进行准确测量对于研究声、光和电磁波的传输问题、评估光电系统性能、验证湍流模型等方面具有非常重要的意义。利用湍流大气中光强起伏效应测量路径平均的C_n²是一种直接有效的方法，已知在弱起伏条件下，当传播路径均匀时，光强起伏的归一化方差与C_n²之间存在确定的比例关系。然而在强湍流条件下，由于闪烁饱和现象的出现，闪烁方差与C_n²之间的比例关系式不成立，闪烁法测量C_n²失效。因此，解决饱和问题是在更大范围内用闪烁法测量C_n²的关键。

二十世纪七十年代，有研究者通过启发式强闪烁模型的分析，提出了一种能克服饱和效应的测量C_n²的大口径闪烁仪。其基本思想是：对于一定面积的非相干光源在一定面积的接收孔径内的闪烁，当发射口径和接收口径满足一定条件时，可以避免饱和效应。基于这一设想的观测仪器后来由美国NOAA波传播实验室研制成功。此后的十几年时间里，利用可见光、红外光和微波辐射的各种光闪烁仪纷纷出现，这些仪器不仅可以利用光强起伏测量路径上的湍流强度，如果配备两套发射或是接收装置，还可以获得湍流内尺度或是横向风速的信息；同时由于闪烁仪的测量尺度与卫星遥感的像元尺度匹配较好，伴随着20世纪90年代中期以来卫星遥感技术的迅速发展，被广泛应用于外场陆面的通量实验研究中，成为卫星遥感反演结果的最佳验证手段，具有广泛的应用前景。

然而在实际应用中，产生能够传播很远距离的均匀的非相干面光源并不简单，通常的做法是用近红外发光二极管放置在球面反射镜的焦点处，将反射镜近似为点光源的集合，这种做法存在着人眼不可见、调节困难等缺点，同时也限制了仪器最小可测的路径长度。如果采用可见激光波段，则可以有效克服以上缺点，同时配合大孔径接收，并使接收口径满足一定条件，那么依据激光大气闪烁的孔径平均效应，依然可以在一定程度上抑制饱和效应。依据这一原理研制出大口径激光闪烁仪，可以在更大范围内用闪烁法测量C_n²，如果配备了气象参数测量设备，就可以对地表通量进行监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量大气折射率结构常数的大口径激光闪烁仪及方法，这种大口径激光闪烁仪基于激光在湍流大气中传输时光强起伏的光闪烁效应，测量路径等效平均的湍流强度。

本发明专利的技术方案如下：

测量大气折射率结构常数的大口径激光闪烁仪，其特征在于包括相对向设置的二个反射式望远镜及镜筒上分别设置的激光器，激光器分别和调制信号发生器连接，反射式望远镜镜筒后端安装有抛物面主镜，镜筒中央有倾斜安装的平面副镜，位于抛物面主镜前端，入射光经过抛物面主镜反射后到达平面副镜反射经过镜筒上的开口、衰减片和窄带干涉滤光片，会聚到光电探测器上，光电探测器输出信号接入到数据处理设备。

所述的衰减片、窄带干涉滤光片、光电探测器固定在同一个筒体上，该筒体安装在镜筒一的开口上。

所述的平面副镜和镜筒轴线成45°。

所述的激光器的中心波长为645nm，相应的窄带干涉滤光片的中心波长为645nm。

所述的光电探测器为光电倍增管。