大气光学湍流的光纤测量技术研究

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1、摘要大气光学湍流的光纤测量技术研究梅海平指导老师：饶瑞中准确获取湍流大气的光学特性是湍流大气光传播研究的基础。目前测量湍流大气光学参数的方法主要有温度脉动法和光传播效应法，它们都是间接的或大区域平均的，其测量结果存在着各种各样的不确定性。鉴于上述两种方法的局限性，本文发展了一种对局域的湍流大气折射率起伏进行直接测量的光学方法。取得的主要研究结果如下：构建了一套基于光纤Mach-Zehnder干涉测量原理的单空气间隙大气湍流光纤测量系统，设计了压电陶瓷光纤拉伸器、光纤准直耦合光路、光探测器以及数据采集与处理软件，提出了一种测定光纤拉伸器相移系数的新方

2、法，在实验室环境下与温度脉动仪的对比测量结果证明了系统原理的可行性；分析了系统中的信号衰落问题和偏振噪声问题，综合应用相位反馈机制、偏振控制原理和密封措施有效抑制了系统噪声；分析了大气湍流对光纤准直耦合光路的影响，尝试推导了耦合光功率与大气湍流参数之间的对应关系，结果表明：该系统中耦合光功率的随机起伏对大气折射率测量的影响可忽略不计。目前，该系统可正常工作于室内光学平台上，但要将其应用于野外，还需要克服外界环境的干扰。最后本文专门研究了利用相位载波调制解调技术进一步优化系统结构性能的技术方案，这将是下一步工作的重点。关键词：大气光学；大气湍流；折射

3、率起伏；光纤Mach-ZehnderT"涉仪；——I_一AbstractStudyontheTechniqueofMeasuringAtmosphericOpticalTurbulencewithFiberOpticsMEIHai-ping(AtmosphericPhysicsandAtmosphericEnvironment)DirectedbyProfessorRAORui-zhongGettingexactknowledgeofopticalpropertiesinatmosphericturbulenceisessentialforthes

4、tudyoflightpropagationinturbulentatmosphere．Presently,themethodsofmeasuringatmosphericopticalturbulenceparametersa陀mainlybasedonmicro-thermalanemometersorlightpropagationeffects．Theyareeitherindirectorlongpathaveraged．So，therestillexistssomeuncertaintyintheresults．Asthelimitat

5、ionsoftheabovetwomethods，anopticaltechniqueforthemeasurementoflocalatmosphericrefractiveindexdirectlyisproposedanddeveloped．Themainresultsareasfollowing：Asingle-air-gapfiberopticatmosphericturbulencemeasurementsystembasedonMach·Zehnderinterferometerhasbeendesignedandconstructe

6、dincludingthecomponentsofapiezoelectronicopticalfiberstretcher,afibercollimationandcouplingopticalpath,alightdetectorandadatacollectionandprocessingsoitware．Anovelmethodhasalsobeenproposedtomeasurethephaseshiftcoefficientoftheopticalfiberstretcher．Thefeasibilityofthesystem’Spr

7、inciplehasbeentestedbycomparisonoftheresultsmeasuredbythissystemandmicro-thermalanemometerinlaboratory．Problemsofsignalfadingandpolarizationnoisesinthesystemareanalyzed．Noisesaresufficientlysuppressedbycombiningtheusageofthetechniqueofphasefeedback，polarizationcontrollinganden

8、capsulation．Relationshipamonglightpower,opticalpathparameters