利用激光测量局部区域性大气湍流特性的技术与方法研究

Optical system performances can be affected by local optical turbulence created by its surrounding environment(Telescope dome, Clean room, Inside the mirror tube, Through the light pipe , Atmosphere near surface layer). In this project, We present our new instrument dedicated to this local optical turbulence characterization. The instrument consists of using laser beams to measuring the scintillation and angle of arrival fluctuations from spot displacements on a CCD. The implementation of this project is a good complement to the local-Seeing measurement method, which can be applied to the improvement of Doom-Seeing and near surface seeing, as well as the installation of the telescope and the layout of the telescope.

近地层的局部区域性大气湍流如望远镜圆顶内、镜筒内、通光管道和光学实验室内的大气湍流以及近地表的湍流等对望远镜的光学成像会产生很大的影响。而目前没有很好的探测设备能去持续监测这些局部区域性的湍流变化，本项目就是在我们之前对激光波到达角测试的基础上，依据大气湍流理论中应用到的Kolmogorov、von-Karman的大气湍流模型及激光在大气中的传输特性，提出利用激光测量局部区域性大气湍流特性的的测量方法。项目提出了两种实现方案一个是基于两个相干激光束的闪烁协方差来测量，另一个是基于不同基线的激光波前到达角的协方差来实现。两种方法在实测中是一种很好的互补并能够进行相互间的交叉定标测试。本项目的实施是局部区域性大气湍流测量方法的很好补充，其结构简单可靠，可以应用与不同场合的局部大气湍流的持续测量，为望远镜的设施改进提供很好的数据参考。

近地层的局部区域性大气湍流（望远镜圆顶内、镜筒内、通光管道、光学实验室内的大气湍流、近地表的湍流）对望远镜的光学成像会产生很大的影响。而目前没有很好的探测设备能去持续监测这些局部区域性的湍流变化，本项目就是在我们之前对激光波到达角测试的基础上，提出利用激光测量局部区域性大气湍流特性的的测量方法。项目提出了两种实现方案一个是基于两个相干激光束的闪烁协方差来测量，另一个是基于不同基线的激光波前到达角的协方差来实现。两种方法在实测中是一种很好的互补并能够进行相互间的交叉定标测试。主要研究内容有这三部分:基于激光闪烁的局部区域大气湍流测量技术研究；基于激光波前到达角起伏的局部区域大气湍流测量技术研究；实际测量和实验数据的误差分析及改进研究。经过项目组4年的努力，已圆满的完成了项目的既定目标。我们完成了两套方案的仪器搭建，在高美古站进行了实地的测量，依托项目发表期刊论文10篇，会议论文3篇，申请专利9项。本项目的实施，可以为望远镜的建设、望远镜圆顶的设计、近地层大气湍流变化特性的分析等提供重要的大气湍流数据参考。为近地面层的视宁度改善、圆顶的通风设计等提供技术上的数据支持，能给像未来我国天文界即将要建设的大型的望远镜圆顶建设、望远镜建设等提供局部湍流数据的参考。另外在天文候选址点后期近地面层大气光学湍流的监测提供强有力的技术支持。