自适应光学系统测试中大气湍流的时域模拟

第 6卷

第 3期

中国光学 Ch i n e s e Op t i c s

V0 1 . 6 No . 3

2 0 1 3年 6月

J u n e 2 01 3

文章编号

1 6 7 4 - 2 9 1 5 ( 2 0 1 3 ) 0 3 - 0 3 7 1 07 -

自适应光学系统测试中大气湍流的时域模拟 卫沛锋，刘欣悦，林旭东，张振铎，董磊 (中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 1 3 0 0 3 3 ) 摘要：建立了大气湍流模拟的时域模型，用于在自适应光学系统的测试中模拟大气湍流的时域变化。讨论了时域模型下随机相位屏平滑帧数和刷新频率与平均风速的关系。结果表明：对表征随机波前的随机相位屏进行时域平滑可使随机波前的变化更符合大气湍流对入射波前连续平滑渐变的影响；随机相位屏的平滑帧数仅与系统口径和大气相干长度相关，而与风速无关；随机相位屏的刷新频率与平均风速成正比，平滑后的刷新频率还与平滑帧数成正比。最后，构造了一

套大气湍流模拟装置，应用功率谱分析法对时域模型的有效性进行了验证。 关键词：自适应光学；大气湍流；液晶空间光调制器； Z e r n i k e多项式 文献标识码： A d o i: 1 0 . 3 7 8 8/ C O . 2 0 1 3 0 6 0 3 . 0 3 7 1 中图分类号： 0 4 3 9: P 4 2 5 . 2

Te mp o r a l s i m u l a t i o n o f a t mo s p h e r i c t u r b ul e n c e d u r i n g d a p t i v e o p t i c s s y s t e m t e s t i n g a

W EI P e i— f e n g ,L I U Xi n— y ue,L I N Xu- d o n g,Z HANG Z he n— d u o,DONG Le i

( C h a n g c h u n I n s t i t u t e o f O p t i c s, F i n e Me c h a n i c s a n d P h y s i c s,

C h i n e s e A c a d e m y o fS c i e n c e s, C h a n g c h u n 1 3 0 0 3 3, C h i n a ) C o r r e s p o n d i n g a u t h o r, E— m a i l: w e i p e f i e @g ma i l . c o n Abs t r a c t:A t e mp o r a l mo

de l wa s p r o p o s e d f o r s i mu l a t i n g t he a t mo s p he ic r t ur b u l e n c e v a r y i n g wi t h t h e t i me i n t he a d a p t i v e o p t i c s s y s t e m t e s t i n g.Th e r e l a t i o n s h i p b e t we e n t he n u mbe r o f i n t e r p o l a t e d f r a me s f 0 r t he r a n d o m p h a s e s c r e e n,r e f u r bi s h re f q ue n c y a n d t h e me a n wi n d s pe e d wa s a n a l y z e d . Th e a n a l y s i s r e s u l t d e mo n s t r a t e s

t h a t i t i s n e c e s s a y r t o s mo o t h t h e r a n d o m p h a s e s c r e e n or f c h a r a c t e i r z i n g t h e t e mp o r a l g r a d u a l v a i r a t i o n o f t h e r a n d o m w a v e f r o n t i n o r d e r t o ma k e t h e c h a n g e o f t h e r a n d o m wa v e f r o n t b e t t e r a l i g n e d wi t h t h e i n f l u e n c e o f a t . mo s p he r i c t u r b u l e n c e o n c o n t i n u o u s s mo o t h i n g g r a d i e n t s o f i n c i d e n t wa v e f r o n t . Th e i n t e r p o l a t e d f r a me s o f t h e

r a n d o m p ha s e s c r e e n i s o n l y r e l a t e d t o t he a p e r t u r e d i a me t e r a n d t h e a t mo s p h e ic r c o h e r e n c e l e n g t h,b u t n o t r e—

l a t e d t o t h e wi n d s p e e d,a n d

t h e r e f u r b i s h f r e q u e n c y o f t h e r a n d o m p h a s e s c r e e n i n c r e a s e s wi t h t h e me a n w i n d s p e e d,a n d t h e r e f u r b i s h f r e q u e n c y s mo o t h e d i n c r e a s e s wi t h t h e n u mb e r o f i n t e po r l a t e d f r a me s .A a t mo s p h e i r c

收稿日期： 2 0 1 3 - 0 2— 1 1;修订日期： 2 0 1 3 - 0 4— 1 3

基金项目：国家高技术研究发展计划 ( 8 6 3计划 )资助项目( N o . 2 0 1 2 A A X X X 1 0 0 3 )