海洋大气环境下运动平台上湍流通量和光学湍流测量问题探析

给出了船体上开展湍流通量和光学湍流测量的几种方法,即用惯性耗散法估算湍流通量,用超声风速计测量光学湍流强度,用常规气象参数估算湍流强度.并给出了初步实验结果.     

大气光学湍流强度估算和预报方法研究

本文简述利用常规气象参数,基于Monin-Obukhov相似理论估算近地面C_n~2和基于Tatarski公式估算高空C_n~2的方法和估算结果,并给出了利用中尺度气象模式WRF开展的预报C_n~2的研究成果.构建合适的光学湍流外尺度参数化公式,进行中尺度模式与微尺度模式嵌套,开展光学湍流参数化新方法的研究,是今后提高光学湍流估算和预报精度努力的方向.     

大气光学湍流、模式与测量技术

折射率结构常数是研究光波在大气中传播的一个重要物理量.本文介绍了大气光学湍流的描述方法,近地面层、边界层和自由大气层光学湍流模式,大气光学湍流廓线的测量方法,以及国内外在该领域研究的重要成果.     

Hierarchical similarity in the atmospheric boundary layer turbulence

The S-L (She and Leveque) scaling law, also named the hierarchical similarity theory, has been extensively tested for the turbulence made in the laboratory, but seldom been tested for the turbulence in the atmospheric boundary layer (ABL). In this paper, the S-L scaling law is applied to the turbulence in the ABL observed under unstably stratified conditions and over different types of underlying surfaces. The results of analyses show that over this type of homogeneous and flat underlying surface, such as the underlying surface in HUBEX (Huaihe River Basin Energy and Water Cycle Experiment), vertical speed and temperature fields well satisfy the S-L scaling law. For the turbulence over the homogeneous but rather rough underlying surface of forest and under unstably stratified conditions in PFRD (Park Falls Ranger District of the Chequamegon National Forest, Wisconsin, USA), the analyses show that the vertical speed and temperature fields sometimes conform sometimes do not conform to the S-L scaling law. However, at a time, either both of the vertical speed and temperature fields conform to the S-L scaling law, or both of them do not. Horizontal speed fields in both of the field experiments do not satisfy the S-L scaling law. The new explanation of the above-mentioned phenomena is given.     

Hierarchical structures in climate and atmospheric turbulence

The climatic time series encompass many time scales, forming multi-scale climatic variations and hierarchies. The periods and magnitudes of cooling or warming, especially for extreme climatic events, vary with the time scales. On the other hand, high-frequency atmospheric turbulent motions, which are certainly related to the climatic changes, are also typical multi-scale phenomena. In this paper, certain properties of the fluctuations are examined that are invariant with the change of the time scales. Specifically, the existence of a statistical similarity law is demonstrated in climatic time series and in atmospheric turbulent motions. This is the hierarchical similarity law. Further analyses show that the hierarchical similarity law is a general property of multi-scale fluctuation systems. Therefore, the study on the hierarchical similarity law is important for understanding the inherent universal physical mechanism of complex systems in the atmospheric motions.     

纤维反光和透光性质的研究

结合物理学的基本原理和几何光学的基本规律以及光度学的基础理论等三方面,研究了单纤维在平行均匀光束垂轴入射时的光学性质.分析了单纤维反光和透光的特征,光强分布及反射光、透射光和散射光的相对大小;讨论了在近场和远场条件下,漫反射光和透射光光强的不同规律;通过实验验证了远场时,纤维的漫射光强度与纤维直径成正比的关系.     

常温下低密聚乙烯的湍流超细粉碎研究

在湍流粉碎机上,进行了常温低密聚乙烯超细粉碎的转速、入料粒度和入料速度的实验.实验结果表明,在适宜的工艺条件下,湍流粉碎机对低密聚乙烯进行常温超细粉碎可以达到D50<6μm.同时,分析了低密聚乙烯在湍流场中得以超细粉碎的原因.     

大气湍流对复杂路径下光强起伏及误码率的影响

对复杂地形情况下实际湍流大气中的激光强度起伏进行系统研究，发现了在此情况下实际湍流大气中的激光光强起伏在概率密度分布与理论上偏离很大，而大气湍流引起的光强起伏和系统误码率的关系表明：在弱起伏条件下，对于系统误码率为10^-9以下的要求，光强起伏应小于0．67；随着湍流强度Cn^2的增大，误码率增加很快；采用长波长的激光进行传输可以有效地降低系统误码率．     

自由空间光通信

自由空间光通信已经成为一种可行的、宽带宽的无线通信方式。相比于光纤通信，自由空间光通信可迅速配置，并且价格低廉。由于信道和天气相关，因此，在大气中光功率的损耗是不确定的，并且难以预测。介绍了大气信道，针对自由空间光通信系统建立当中的问题进行阐述，并提出了解决办法。     

光纤接触式内窥镜

在探讨了多芯石英传象光纤用于接触式窥镜的基础上,首次提出一种新的由多芯石英传象光纤组成的接触式窥镜,其结构为:在多芯传象光纤的外表面蒸镀铝膜,用来传输照明光;并利用光纤的Ω型弯来消除照明尤对图象传输的干扰,使传象光纤在传输图象光的同时也能传输照明光,用传象光纤实现接触式窥镜在质量、规格多样化、制造难度和成本上都大大地优于现有的由棒状透镜组成的接触式窥镜。     

大气湍流强度对受限拉盖尔高斯光束轴向光强分布影响的模拟

由Huygens—Fresnel原理,给出了在大气湍流中受到发射圆孔限制的拉盖尔高斯光束轴向光强的表达式．运用MAPLE模拟,得到了不同湍流强度、不同波长、不同发射圆孔孔径下轴上光强的分布图形．结果表明：在不同的拉盖尔高斯光束阶数下,轴上光强在近场发生振荡,幅度随湍流的增强而降低,周期随传输距离的增加而拉大,在远场,随着传输距离的增加,振荡逐渐消失,光强下滑平稳;最后一个平均光强极大值大小与湍流强度关系密切,湍流弱,其大小变化小,孔径大,其位置远;阶数大或波长相对长,轴上光强相对高．     

光线在湍流大气中作Brown运动的统计解释

根据几何光学中的 Ｆｅｒｍａｔ原理及统计概念，推导了光线在湍流大气中传播的分 布函数，并计算了恒星光线通过对流层发生闪烁的单色亮度起伏和星象的抖动振幅。     

部分相干环状平顶光束在大气湍流中的传输特性

文章研究了部分相干环状平顶光束在大气湍流中的传输性质,并推导出该光束在大气湍流中的角扩散解析表达式.研究表明,在一定条件下,两个不同的部分相干环状平顶光束、环状高斯谢尔模型(GSM)光束能够在自由空间及大气湍流中传输具有相同的角扩散.对该理论结果给出了相应的物理解释.     

用于自适应光学的钠导星激光器研究进展

 自适应光学技术在大型地基光学天文望远镜发展中扮演越来越重要的角色,589 nm钠导星激光器是此技术的关键。按产生方式的不同,综述了染料钠导星激光器、全固态钠导星激光器和光纤钠导星激光器,重点从激光产生难度与导星回波效率等方面对不同运转模式的全固态钠导星激光器进行了比较与分析。与连续波运转的钠导星光源相比,以微秒脉冲方式运转的钠导星光源可以采用时间选通机制提高钠导星成像精度,为自适应光学的校正提供了优良的信标。     

激光大气闪烁孔径平滑及其信息量

本文在对闪烁概率密度函数进行对数变换的基础上,研究了激光大气闪烁孔径平滑因子及相关现象,并给出了传输图象的信息量.     

钠激光导星星等计算方法研究

首先简要介绍一套完整的激光导星实验系统,并获得了大量的导星图像数据.在此基础上,采用与已知自然星实时对比的方法计算得到钠激光导星V波段星等,使用了灰度值图像和光子数图像数据,并将光子数图像转换为光子返回数对已知自然星等的理论值进行验证.重点分析了窄带滤光片等因素对计算过程的影响.最后对计算结果精度等作了简单的讨论.初步计算结果表明,在长春的城市天光背景下,通过平均功率5.2W、线宽4–5pm的589nm激光器在夏季激发的导星亮度约为14.05等.     

近场扫描光学显微镜中光纤探针的成象原理与设计

介绍了新近发展的近场扫描光学显微镜系统中光纤探针的成象原理和作用,并从光纤探针的结构、截止频率的估算和耦合效率等方面对影响探针中成象信号传输的几个设计因素进行了理论探讨。     

高斯-谢尔光束通过湍流大气任意粗糙目标的散射统计特性

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和任意粗糙目标模型,考虑大气湍流对激光从发射机到目标和从目标到接收机的影响,研究部分相干高斯-谢尔光束经任意粗糙目标散射后的统计特性.我们假设相位结构函数占优,推导了接收场处互相关函数的表达式,平均强度以及波前相干长度大小,并对此进行数值模拟.结果表明,接收面的平均强度与粗糙面的横向相关长度与表面高度均方根有关;接收场的波前相干长度与湍流强度、表面粗糙度、传播距离和光源相干度有关.     

双炔基有机材料的光学双稳性

研究了充双炔基四苯基醚砜溶液的Ｆ－Ｐ腔的透射式和反射式光学双稳性，泵浦波长采用Ａｒ￣＋激光４８８．０ｎｍ波。实验观测到低于１００ｍＷ的开关功率和约８０μｓ的开关时间，理论分析表明，这种有机材料的光学双稳机制源于热感应折射率的变化。