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大气光学湍流模式研究——方法和进展

物理学报 2023年第4期72卷 342-354页

作者：吴晓庆杨期科黄宏华青春胡晓丹王英俭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合肥230031 先进激光技术安徽省实验室合肥230037 中国科学技术大学研究生院科学岛分院合肥230026

分层是大气湍流特别是高空湍流显著特征.在某一固定高度真实光学湍流C_(n)^(2)值在平均值上有1—2个量级甚至更大的起伏.以观测数据建立的湍流廓线模式,是一个统计平均的结果.既不能代表某次实际大气湍流廓线的分层特征,也没有预报功能... 详细信息

分层是大气湍流特别是高空湍流显著特征.在某一固定高度真实光学湍流C_(n)^(2)值在平均值上有1—2个量级甚至更大的起伏.以观测数据建立的湍流廓线模式,是一个统计平均的结果.既不能代表某次实际大气湍流廓线的分层特征,也没有预报功能,不能完全满足光学工程需求.受限于计算机的容量和速度,无法通过DNS (direct numerical simulation)以及LES (large eddy simulation)求解Navier-Stokes方程来预报光学湍流,解决方案是通过中尺度天气数值预报模式MM5/WRF,预报出常规气象参数,再由湍流参数化方案计算出C_(n)^(2).本文介绍了近地面层、边界层和自由大气层C_(n)^(2)预报方法和研究成果,从湍流动能预报方程和温度脉动方差预报方程详细推导出Tatarski公式,归纳出该公式所隐含的物理意义和适用条件.重点介绍了神经网络预报C_(n)^(2)和C_(n)^(2)估算和预报方法在南极天文选址的最新研究进展.分析了以实验数据拟合的经验模式、建立在Kolmogorov湍流理论基础之上含有常规气象参数的参数模式、与中尺度气象模式有关的预报模式、基于数据驱动的神经网络方法等不同模式的特点和差异.强调Kolmogorov湍流理论是现有大气光学湍流参数模式的理论基础.

关键词：大气光学湍流湍流模式 Tatarski公式神经网络预报C_(n)^(2) 南极天文选址

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钨酸铅(PbWO_4)晶体的研究概况

人工晶体学报 2004年第5期33卷 820-825页

作者：罗丽明陶德节王英俭中国科学院安徽光学精密机械研究所

本文概要介绍了近年来国内外钨酸铅晶体的研究进展,包括它的晶体结构、常见缺陷、发光机制及掺杂改性等,着重阐述了着色机制和掺杂改性,并介绍了几种具有代表性的关于该晶体发光机制的观点。

关键词：钨酸铅晶体结构缺陷发光机制掺杂改性着色机制

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变形镜波前校正非线性响应剩余位相方差分析

光学学报 1995年第8期15卷 1028-1031页

作者：吴毅王英俭龚知本中国科学院安徽光学精密机械研究所

报道了采用简化的物理模型及数值仿真方法对变形镜非线性响应如何影响自适应光学系统的波前校正剩余位相方差所进行的分析。给出了由于变形镜非线性响应所引起的波前校正剩余位相方差为ｋ（ｄ／ｒｏ）ｂ，其中ｋ、ｂ均与实际系统参数有关。

关键词：变形镜非线性响应波前校正自适应光学系统

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热晕效应数值模拟中对计算参数的选取

强激光与粒子束 2005年第1期17卷 1-4页

作者：黄印博王英俭中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心安徽合肥230031

根据数值计算的抽样原则,对激光大气传输数值模拟中如何准确地选取计算参数作了比较全面的分析,导出计算参数选取所应遵循的判据。结合高斯光束及平台光束准直传输热畸变后的相位分布,得到了网格间距与Bradley Hermann热畸变... 详细信息

根据数值计算的抽样原则,对激光大气传输数值模拟中如何准确地选取计算参数作了比较全面的分析,导出计算参数选取所应遵循的判据。结合高斯光束及平台光束准直传输热畸变后的相位分布,得到了网格间距与Bradley Hermann热畸变参数的关系。在算出此热畸变参数后,便可选定合适的网格间距,由数值结果便能准确评价实际激光大气传输的效果。数值结果表明,相同网格数、不同网格间距下数值结果的差别相对较大,若网格间距选取不当,将给数值结果带来较大误差。

关键词：热晕效应数值模拟计算参数网格间距

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强湍流效应下不同信标波长的自适应光学校正

光学学报 2003年第12期23卷 1489-1492页

作者：范承玉王英俭龚知本中国科学院安徽光学精密机械研究所合肥230031

激光在大气中长距离传输时所产生的相位不连续点的数目与位置不仅与大气湍流和传输距离有关 ,而且与传输的激光波长有关。由于对主激光进行补偿的相位是从畸变的信标光场中获得的 ,当畸变光场中出现相位不连续点后 ,畸变光场的相位由连... 详细信息

激光在大气中长距离传输时所产生的相位不连续点的数目与位置不仅与大气湍流和传输距离有关 ,而且与传输的激光波长有关。由于对主激光进行补偿的相位是从畸变的信标光场中获得的 ,当畸变光场中出现相位不连续点后 ,畸变光场的相位由连续相位部分和不连续相位部分组成 ,不连续相位部分直接与畸变光场中出现的相位不连续点的数密度和其所在的位置有关 ,一般情况下 ,主激光的波长与信标光的波长是不同的 ,因此当主激光的波长一定后 ,为了对不连续相位进行补偿 ,以便提高强湍流效应条件下的自适应光学校正能力 ,必须要考虑合作信标的波长。计算结果表明 ,考虑了不连续相位的影响后 ,虽然对主激光的校正效果有所改善 ,但对不同波长的信标改善的效果并不相同 ,只有信标光波长稍长于主激光的波长时。

关键词：湍流效应自适应光学信号传输相位不连续点信标波长相位补偿大气湍流斜率偏差

大气光学湍流模式研究:C_(n)^(2)廓线模式

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物理学报 2023年第6期72卷 387-397页

由于大气湍流的存在,当光束在大气中传播时会发生相位起伏、光强闪烁等一系列湍流效应现象,严重制约光电系统的性能,是造成天文观测困难的主要原因.大气折射率结构常数C_(n)^(2)廓线是评估大气湍流效应的重要参数.本文归纳了几种有代表... 详细信息

由于大气湍流的存在,当光束在大气中传播时会发生相位起伏、光强闪烁等一系列湍流效应现象,严重制约光电系统的性能,是造成天文观测困难的主要原因.大气折射率结构常数C_(n)^(2)廓线是评估大气湍流效应的重要参数.本文归纳了几种有代表性的C_n~2廓线模式,提出了修正的CLEAR I夜晚模式;分析了高美古、拉萨、大柴旦、茂名、荣成等5个实验点探空测量数据,给出了5个实验点算术平均拟合的C_(n)^(2)廓线公式;计算了各模式和测量数据在波长为0.5μm时的大气相干长度r0、视宁度εFWHM、等晕角θ0、相干时间τ0、等效高度h和等效风速V等大气光学参数以及各大气层C_(n)^(2)递减率和不同大气层湍流贡献百分比.重点对H-V(5/7)模式的存疑、C_(n)^(2)廓线模式采用的平均方法、低平流层C_(n)^(2)是否具有统一的递减率等问题进行讨论并给出答案.

关键词：大气光学湍流修正的CLEAR I夜晚模式 5个实验点C_(n)^(2)廓线公式 H-V(5/7)模式的存疑

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相位不连续点数目随湍流强度的变化

光学学报 2008年第1期28卷 1-6页

作者：葛筱璐范承玉王英俭中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心

激光在湍流大气中传输时,若光束波前中出现相位不连续点,自适应光学的校正能力将明显降低,利用4维程序计算了激光在大气中传输时产生的相位不连续点的数目。通过选取不同的相位屏数、计算网格和网格间距,得到了畸变光场中产生的相位不... 详细信息

激光在湍流大气中传输时,若光束波前中出现相位不连续点,自适应光学的校正能力将明显降低,利用4维程序计算了激光在大气中传输时产生的相位不连续点的数目。通过选取不同的相位屏数、计算网格和网格间距,得到了畸变光场中产生的相位不连续点的数目随湍流强度变化的过程,即:相位不连续点的数目随湍流的增强有一个从无到有,从缓慢增加到近似线性的急剧增加,而后又缓慢增加,最后趋于饱和的变化过程。另外,在不同的传输条件下,相位不连续点的数目及其变化存在很大差异。

关键词：大气光学相位不连续点数值模拟湍流效应

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大气光学湍流模式研究II-方法和进展

物理学报 2022年

作者：吴晓庆杨期科黄宏华青春胡晓丹王英俭先进激光技术安徽省实验室中国科学技术大学研究生院科学岛分院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

分层是大气湍流特别是高空湍流显著特征。在某一固定高度真实光学湍流Cn2值在平均值上有1-2个量级甚至更大的起伏。以观测数据建立的湍流廓线模式，是一个统计平均的结果。既不能代表某次实际大气湍流廓线的分层特征，也没有预报功能，... 详细信息

分层是大气湍流特别是高空湍流显著特征。在某一固定高度真实光学湍流Cn2值在平均值上有1-2个量级甚至更大的起伏。以观测数据建立的湍流廓线模式，是一个统计平均的结果。既不能代表某次实际大气湍流廓线的分层特征，也没有预报功能，不能完全满足光学工程需求。受限于计算机的容量和速度，无法通过DNS(Direct Numerical Simulation)以及LES(Large Eddy Simulation)求解Navier-Stokes方程来预报光学湍流，解决方案是通过中尺度天气数值预报模式MM5/WRF，预报出常规气象参数，再由湍流参数化方案计算出Cn2。本文介绍了近地面层、边界层和自由大气层Cn2预报方法和研究成果，从湍流动能预报方程和温度脉动方差预报方程详细推导出Tatarski公式，归纳出该公式所隐含的物理意义和适用条件。重点介绍了神经网络预报Cn2和Cn2估算和预报方法在南极天文选址的最新研究进展。分析了以实验数据拟合的经验模式、建立在Kolmogorov湍流理论基础之上含有常规气象参数的参数模式、与中尺度气象模式有关的预报模式、基于数据驱动的神经网络方法等不同模式的特点和差异。强调Kolmogorov湍流理论是现有大气光学湍流参数模式的理论基础。

关键词：大气光学湍流湍流模式 Tatarski公式神经网络预报C 南极天文选址

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大气光学湍流模式研究Ⅰ- C廓线模式

物理学报 2023年

作者：吴晓庆杨期科黄宏华青春胡晓丹王英俭中国科学技术大学研究生院科学岛分院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先进激光技术安徽省实验室

由于大气湍流的存在，当光束在大气中传播时会发生相位起伏，光强闪烁等一系列湍流效应现象，严重制约光电系统的性能，是造成天文观测困难的主要原因。大气折射率结构常数(Cn2)廓线是评估大气湍流效应的重要参数。本文归纳了几种有代... 详细信息

由于大气湍流的存在，当光束在大气中传播时会发生相位起伏，光强闪烁等一系列湍流效应现象，严重制约光电系统的性能，是造成天文观测困难的主要原因。大气折射率结构常数(Cn2)廓线是评估大气湍流效应的重要参数。本文归纳了几种有代表性的Cn2廓线模式，发现按文献[1]给定的光波波长取0.5μm时，CLEAR Ⅰ夜晚模式计算的相干长度和等晕角与文献给出的r0=5.8cm，θ0=6.7μrad不符，提出了修正的CLEAR Ⅰ夜晚模式；分析了高美古、拉萨、大柴旦、茂名、荣成等5个实验点探空测量数据，给出了5个实验点算术平均拟合的Cn2廓线公式；计算了各模式和测量数据在波长为0.5μm时的大气相干长度r0、视宁度εFWHM、等晕角θ0、相干时间τ0、等效高度■和等效风速■等大气光学参数以及各大气层Cn2递减率、和不同大气层湍流贡献百分比。重点对H-V(5/7)模式、Cn2廓线模式采用的平均方法、低平流层Cn2是否有统一的递减率等几个困扰的基础问题进行了讨论并给出答案。

关键词：大气光学湍流修正的CLEARⅠ夜晚模式 5个实验点C 廓线公式讨论