大气湍流

模拟大气湍流的方法
• 目前有很多模拟大气湍流的方法 ,例如 ,加热空气 或水的强迫运动法、空间光调制器(SLM) 、 变形 镜(DM) 、 衍射光学元件(DOM) 、 计算机生成全 息图 ( CGH) 和静相位片等。 • 液晶器件具有高像素密度、 大面积、 无热量产 生、 位相编程实时控制等优越性能 ,可以用来制 作大气湍流模拟器 ,且可以解决湍流池和位相屏 的缺点 ,引起了人们的高度重视，室内实验用基 于液晶的大气湍流模拟器具有十分重要的应用价 值。
大气湍流模拟器
大气湍流的定义(atmospheric turbulence ) 大气湍流的定义
定义：空气质点呈无规则的或随机变化的运动状态,这种运动
服从某种统计规律。
图 1 大气湍流
大气湍流是大气中的一种重要运动形式，它的存在使大气中 的动量、热量、水气和污染物的垂直和水平交换作用明显增强， 远大于分子运动的交换强度。大气湍流的存在同时对光波、声 波和电磁波在大气中的传播产生一定的干扰作用。
液晶像素较大，对大气湍流高频成 份的模拟会有所失真，因此增大液 晶的像素密度，利用更多的Zernike 模式模拟湍流可以模拟出更接近真 实的大气湍流。
随着电子和激光技术的不断发展，液 晶与激光就犹如一对双生子互相依托、 相辅相成，相信在未来的光通信领域， 液晶技术将成为主要的关键技术之一。
平行取向液晶器件作为大气 湍流模拟器(A 湍流模拟器 TS)
液晶大气湍流模拟器的优点
• 利用液晶设备制造出理想的湍流波前、 低空间频率成分的波前与理论值十分接 近。 • 另外，和可变形的镜面不一样的是液晶 设备没有滞后现象，因此液晶可靠地再 现了没有机械运动的湍流轮廓。
液晶大气湍流模拟器的不足
研究大气湍流模拟器的意义
• 大气湍流造成空气折射率的随机分布 ,严重响光束通过大气后的成像质 量。·随着天文成像、激光通讯、 轨 迹跟踪等高端技术的发展 ,这种影响 越来越引起人们的重视。 • 野外实验费时费力、 重复性差 ,因此 在工程设计和实验中人们迫切需要能 模拟大气湍流扰动的大气湍流模拟器 ,以便在实验室里就可以进行相应的实 验。
大气湍流最常发生的3个区域 大气湍流最常发生的 个区域： 个区域
① 大气底层的边界层内 ②对流云的云体内部 ③大气对流层上部的西风急流区内
大气湍流条件： 大气湍流条件：
大气湍流的发生需具备一定的动力学和热力学条件： ①动力学条件是空气层中具有明显的风速切变； ②热力学条件是空气层必须具有一定的不稳定度。
大气湍流对激光传输源自文库影响
• 当湍流尺度大于光斑直径时，光束将偏离其传输 路径，产生光束漂移现象。
• 当湍流尺度小于光斑直径时，光斑中心破碎，出 现散斑、光强的随机起伏以及光束扩散等现象。
激光通过强湍流：
原始高斯光束
高斯光束传输截面
大气湍流影响后的光束
激光通过弱湍流：
原始高斯光束
高斯光束传输截面
大气湍流影响后的光束