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大气等晕角(包含倾斜等晕角)是描述光学湍流效应的一个重要参数,准确测量与理解等晕角对激光大气工程(如通信、制导、高功率传输等)和部分光学工程(如成像、遥感等)具有重要意义。但是,目前国际上只有整层大气等晕角具有较为完善的测量方法,而有限距离等晕角、整层大气倾斜等晕角没有简便易行的实时测量方法。另外,由于活塞项对光束质量无影响,倾斜项只影响光束定点方向,实际对光束质量有影响的有效波面相位方差一直是自适应光学系统设计与性能评估中关注的热点问题。 本论文针对角度非等晕性问题,研究了大气等晕角的实时测量方法和角度非等晕性误差中的有效波面相位方差。为在湍流大气环境中工作的各种光学系统的工程设计和性能评估提供了一定的参考依据。本文的主要工作如下: 1.设计了有限距离等晕角的实时测量方法。研究了球面波对数振幅起伏协方差的路径权重函数曲线的变化特征,提出了测量有限距离等晕角的闪烁协方差综合路径权重法。分析了综合路径权重法的误差特性。 2.设计了有限距离等晕角的观测对比实验。基于逆向球面波大气相干长度与等晕角之间的关系,巧妙地设计了双向传输实验;实验结果验证了上述有限距离等晕角实时测量方法的有效性。 3.设计了整层大气倾斜等晕角的实时测量方法。通过理论分析与数值计算,提出了测量整层大气倾斜等晕角的恒星闪烁协方差法。利用数值方法研究了不同菲涅尔数下,一些典型湍流模型中恒星闪烁协方差法的理论误差。结合应用实际,给出了倾斜等晕角测量装置设计结构要求及装置实例。 4.在原有描述自适应光学系统中角非等晕性误差引入的有效波面相位方差的复杂解析表达式的基础上,进一步研究并提炼了两种用于应用评估上的有效波面相位方差的近似公式。一种是拟合公式,孔径的影响显式地包含在拟合公式中,该公式在很小角度范围内有效,此时只需要测量等晕角;另一种是简明公式,孔径的影响隐式地包含在倾斜等晕角中,该公式适用的角度范围更大,近似精度更高,但需要同时测量等晕角与倾斜等晕角。