[发明专利]大气湍流与激光相互作用的复合气流发生装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合气流发生装置，特别是涉及一种大气湍流与激光相互作用的复合气流发生装置。

背景技术

激光在大气中传输与激光通信、光学雷达、卫星遥感、远距测量、激光武器等方面的应用密切相关，由于激光本身所具有的高强度、高相干性、高单色性和高方向性等特性，从而有容量大、波束窄、速度快、保密性好和抗干扰性强等优点，因此激光成为无线光通信中最理想的载体。然而激光在大气中传输是一个非常复杂的随机过程，由于大气折射率的随机起伏，激光在大气湍流中传输一定距离后，光束将发生扩展，光强将出现起伏，光束所带的信息受到不同程度的破坏或丢失，这些都严重地影响了激光通信的性能。如何准确的建立激光与大气的动力学行为成为了激光在大气中传输的首要问题，然而实际的大气环境是一个随机的过程，各种实验不具备重复性和可操作性，很难找到一个普适的研究结论，因此在实验室内，设计一种能产生不同气体组分，不同压强，不同光程，不同旋流方式，不同风速，不同湍流方式的可以标定、加压、真空的复合气流发生装置就成了一个最主要一种研究手段。

大气环境是一种随机场，包含了多种参数情况，如压强、气体组分、风速、通信的距离、旋流方式等，目前国内外的模拟装置基本都是单一的参数可控发生装置，如中国专利号为201020699835.8的大气湍流模拟装置，采用空气为介质，通过装置的底部加热板和装置的顶部的制冷版形成大气的对流湍流方式的一种模拟装置；又如中国专利号为201010605579.6的热风式湍流模拟装置，在装置的顶部有两个孔，一个是吹进经过加热丝的热风，另一个安装了抽风机，用于将经过装置内部后的热风输出，其中的风速是可控的；又如中国专利号为200810041656.2的空气湍流运动模拟微型模拟装置，通过控制器控制热风湍流的形成，该装置可以级联。

中国专利号00221591.8，介绍了一种对流湍流发生池，该池也是通过在底部加热，顶部制冷的方式产生对流湍流，不过它采用是利用油介质来加热的，并在加热后的的油上放置一个平板，从而使得加热均匀。

以上的专利几乎都是采用单一或是两个大气湍流参数而设计的简单大气湍流发生装置，在某些场合的实验已经足够，然而不具备一种普适研究条件。

中国专利号201110042703.7，提出了一种大气环境模拟装置，可以模拟不同气压，不同气体、不同温度、湿度等大气环境，整个模拟装置被密闭在一个圆柱体内部，而且模拟装置可以进行级联构成多级气流发生装置来增加光程。然而对于研究激光与大气的分子相互作用的研究，那么必须考虑的因素有：（1）不同的湍流，如平流、对流、湍流；（2）多光程的实现，因为实际的激光通信，当距离较近时，大气湍流对激光的印象是微小的，当进行远距离实验时，此专利需要尽可能多的单节模拟装置级联，每节是1m，如果要达到100m，需要100节，实现起来的难度比较大，而且在级联的时候，由于多次经过光学窗口，这也会造成实验误差；（3）加热、制冷、风扇灯安装在装置的内部，这易造成光学系统的热和冷的变形和震动，同样会造成实验误差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种大气湍流与激光相互作用的多功能复合气流发生装置。

本发明的一种大气湍流与激光相互作用的复合气流发生装置，包括气流发生装置主体、湍流循环系统、进气口、多光程系统、光学观察窗口、气体参数传感器和DSP控制器。

所述气流发生装置主体为一个密闭的立方体结构，所述的湍流循环系统包括热风循环系统和冷风循环系统，所述气流发生装置主体的一侧设置所述热风循环系统，所述气流发生装置主体的另一侧设置所述冷风循环系统，所述热风循环系统与所述冷风循环系统在气流发生装置内部的前面汇合，在气流发生装置内部的后面分流。

所述进气口设置在所述气流发生装置主体上端，用于向气流发生装置主体内部加入不同组分的气体，所述进气口处设置有控制阀门，通过控制阀门对气流发生装置主体内加压或抽真空以实现多种方式的大气环境模拟。

所述多光程系统设置在所述复合气流装置主体中部的湍流区域内，多光程系统采用改进的Herriot型长光程模拟装置，包括平面反射镜和凹面反射镜。

所述光学观察窗口，位于所述的复合气流主体的上端中间，位于湍流形成的顶部，用于观测激光与各种状态下的气体相互作用的光学参数测量。

所述气体参数传感器设置在所述复合气流装置主体内，包括温度传感器，湿度传感器，压力传感器和风速传感器，分别用于检测气体的温度、湿度、压力和风速。