1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
为研究强湍流效应下大气湍流外尺度与内尺度对高斯波束光斑漂移特性的影响，首先利用修正的von Karman谱，分别推导出高斯光束在聚焦和准直条件下传输的光束漂移方差表达式，并且利用实验数据进行验证；进而根据所推导的光束漂移表达式，利用数值分析方法，对不同内外尺度条件下的光束漂移特性进行研究。研究结果表明外尺度的增大会加强光束漂移效应，而内尺度的变化对光束漂移特性无显著影响。
强湍流 光束漂移 内尺度 外尺度 strong fluctuation beam wander inner scale outer scale 大气与环境光学学报
2023, 18(5): 420
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
利用软件仿真对光场传感器重建波前相位的能力进行了研究。研究采用FFT算法模拟波的传播和衍射效应,利用Zernike多项式模拟像差, 根据相应的光场映射及逆光场映射理论,进行波前重建。研究了前22项单阶像差的波前相位重建情况,选取其中初级像差和二级像差的 重建结果做了比较分析,并针对复合像差的波前重建做了多组仿真实验,比较了低阶复合像差和高阶复合像差的重建误差。结果表明: 无论是单阶像差还是复合像差,光场传感器都能够重建波前相位,并且对低阶像差的相位重建效果好于高阶像差。
光场传感器 Zernike多项式 像差 相位重建 plenoptic sensor Zernike polynomial aberration phase reconstruction 大气与环境光学学报
2020, 15(2): 101
中国科学院安徽光学精密机械研究所,中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
基于非Kolmogorov湍流谱理论,建立了激光在非Kolmogorov谱湍流大气中 传输的数学物理模型,并在此基础上进行了数值仿真。结果表明湍流谱指数对激光传输特性及其相位补偿有重要影响。 在相同广义大气折射率结构常数条件下,湍流谱指数接近区间(3,4)两端时,激光远场光束质量较好;湍流谱指数趋向4时 自适应光学相位补偿效果较好。在广义大气相干长度相同的条件下,峰值Strehl比随湍流谱指数增加而增加。 针对归一化功率谱下激光传输特性进行了探讨,初步揭示了激光在非Kolmogorov湍流大气中的传输机理。
大气光学 湍流效应 非Kolmogorov谱 自适应光学 相位补偿 atmospheric optics turbulence effect non-Kolmogorov spectrum adaptive optics phase compensation
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
以大能量长脉冲激光能量的准确测量需求为牵引, 针对激光能量计吸收体温度特性进行了数值分析研究。结果表明: 吸收体内壁温度随脉冲结构呈周期性振荡, 随着壁深的增加, 震荡幅度迅速地降低, 吸收体外壁温度周期性消失。单脉冲能量相同时, 脉宽越短, 吸收体内壁温升越高; 重复频率越高, 吸收体内壁温升越高。而总能量相同时, 重复频率越高, 内壁温升越低。通过对吸收体结构的优化设计, 不仅能够获得序列长脉冲激光的总能量, 而且可以获得低重频（一般不大于10 Hz）序列脉冲激光的每个脉冲能量, 从而为长脉冲激光能量计的设计及应用等提供参考依据。
激光能量计 吸收体 长脉冲激光 温度特性 laser energy meter absorber long pulse laser temperature characteristics 红外与激光工程
2018, 47(4): 0406004
中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
针对序列长脉冲激光,提出了衡量序列长脉冲激光热晕效应强度的热畸变参数,建立了序列长脉冲激光热晕效应的数值仿真模型,并进行了实验验证。对比分析后发现实验结果与仿真结果在光斑形态和大小方面具有较好的一致性,从而验证了序列长脉冲激光热晕效应的数学物理模型及仿真算法的可靠性。在此基础上,通过改变大气参数及发射系统参数进行大量的数值仿真,得出由序列长脉冲激光热晕效应引起的光斑扩展与热畸变参数的定量关系,即序列长脉冲激光热晕效应的定标规律。
大气光学 定标规律 数值仿真 序列长脉冲激光 热晕效应 光学学报
2017, 37(10): 1001001
中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
内混合气溶胶粒子的有效吸收对激光大气传输有着不利影响。以黑碳和氯化钠两种典型成分为例, 计算了密度和比热相同情况下, 均匀球和分层球模型粒子的有效吸收系数。研究结果表明: 有效吸收系数大小与粒子组分混合方式有关。在粒子吸收热量加热大气过程中, 黑碳为核的粒子在可见光和近红外波段有效吸收系数更大; 均匀球粒子在中红外波段和远红外波段(100 μs后)有效吸收系数更大, 而氯化钠为核的粒子在远红外波段(前100 μs)有效吸收系数最大。
气溶胶 有效吸收 内混合 Mie散射 aerosol effective absorption internal-mixed Mie scattering 红外与激光工程
2017, 46(4): 0411002
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
为了提高基于普适模型的无波前探测自适应光学（AO）算法的收敛性能，建立了一套基于Zernike模式的127单元变形镜AO系统仿真模型。以峰值斯特列尔比（Sr）和提出的快速稳定收敛百分比为评价标准，研究不同湍流强度下扰动系数、Zernike模式数、斜率因子对校正效果和收敛速度的影响，验证了该仿真系统对静态畸变波前良好的校正能力。结果表明，扰动系数小于0.01时系统可以稳定收敛；增加Zernike模式数可以提高系统收敛时的Sr，但同时收敛速度会有所降低。提出的改进矢量化斜率因子，可以有效提升系统在一次迭代后的校正效果，特别是对大畸变波前具有较强的适应性。
大气光学 自适应光学 波前校正 无波前探测 Zernike模式 变形镜
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气成分与光学重点实验室，安徽 合肥 230031
为了探究信道相关性对无线光通信中空间分集接收信号闪烁的影响，给采用空间分集接收技术的通信端的各子孔径大小与分布设计提供参考，理论推导了弱起伏条件下空间分集接收信道相关系数的表达式，给出了信道相关系数与分集接收信号闪烁的关系；数值研究了水平湍流均匀路径与整层大气湍流非均匀下行传输路径下的信道相关系数。结果表明，对于平面波，湍流非均匀路径下孔径接收时信道间存在明显的负相关特性。对于球面波，湍流非均匀路径下孔径接收时的信道相关性与湍流均匀路径情况类似，负相关特性都不明显。
大气光学 光通信 信号闪烁 信道相关系数 atmospheric optics optical communication signal scintillation channel correlation coefficient
中国科学院安徽光学精密机械研究所 大气成分与光学重点实验室，安徽 合肥 230031
热晕效应是高能激光大气传输最重要的非线性效应之一。利用激光大气传输四维仿真程序，针对高能固体脉冲激光大气传输的非线性热晕效应，采用常规自适应光学系统与随机并行梯度算法自适应光学系统对其相位补偿进行了数值模拟和分析。结果表明：当脉冲宽度1 ms，重复频率10 Hz，单脉冲发射功率500 kW时，常规自适应光学系统补偿效果较好；当脉冲发射功率增加或者重复频率增加时，随机并行梯度下降算法自适应光学系统补偿效果较好。
大气传输 热晕效应 自适应光学 随机并行梯度下降(SPGD)算法 atmospheric propagation thermal blooming effects adaptive optics stochastic parallel gradient descent algorithm
中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室，安徽 合肥 230031
为了深入认识大气闪烁的时间频域特性，给在大气中工作的光学系统的工程设计和性能评估提供参考，理论推导了大气闪烁功率谱的通用解析表达式，数值研究了不同传输条件下大气闪烁的时间频域特性。孔径接收下，对于水平均匀路径，平面波闪烁功率谱高频区近似呈现-17/3幂率，球面波近似呈现-11/3幂率；对于整层下行路径，高频区均近似呈现-17/3幂率，低频区与高频区之间存在一缓变区，孔径越大，缓变区越宽。典型大气条件下低频区加上缓变区的频谱宽度约为150 Hz。
大气光学 大气闪烁 功率谱 atmospheric optics atmospheric scintillation power spectrum
