Shack-Hartmann波前传感器：闪烁与相位起伏效应的新型测量工具

"Shack-Hartmann波前传感器用于闪烁和相位起伏效应的同时测量" 在光学领域，Shack-Hartmann波前传感器是一种至关重要的工具，它在大气湍流研究和光学系统性能评估中发挥着核心作用。该传感器通过探测光波前的相位变化来获取关于大气状况和光学系统质量的信息。在本研究中，Shack-Hartmann波前传感器被创新性地应用到同时测量大气湍流中的闪烁和相位起伏效应。 大气闪烁是由于大气湍流引起的光强度随机变化，通常发生在大气层中光线传播时遇到温度或密度不均匀性。这种现象对光学通信、天文观测和远程成像系统有显著影响。而相位起伏则是大气湍流导致的光波相位变化，它可以影响光束的传播质量和光学系统的分辨率。 Shack-Hartmann传感器的工作原理基于微小的子孔径阵列和对应的CCD探测器。每个子孔径捕获一部分光线，形成一个小的光斑，其在CCD上的位置变化反映了通过子孔径的光波前的相位变化。通过对这些光斑位置的精确测量，可以重构整个波前，并从中提取出大气湍流的信息。 在这项研究中，研究人员在近地面水平1公里的大气湍流环境中，使用Shack-Hartmann波前传感器同时监测闪烁和相位起伏。通过对C2n（折射率结构常数）的测量，他们分析了这两个效应的关联性。C2n是描述大气湍流强度的关键参数，它与闪烁和相位起伏紧密相关。结果显示，Shack-Hartmann传感器测量的C2n与传统大口径闪烁仪的测量结果具有高度相关性，相关系数达到0.838，证实了传感器在闪烁效应测量方面的可靠性。 进一步，研究人员对比了闪烁和相位起伏效应下的C2n日变化，发现两者在变化趋势上具有一致性。采用双对数坐标对两种方法得到的数据进行相关性分析，得出的相关系数为0.798，这表明Shack-Hartmann波前传感器确实能够有效同时捕捉这两种效应。 这项研究不仅验证了Shack-Hartmann波前传感器在闪烁和相位起伏测量中的应用潜力，还扩展了其在大气湍流研究中的功能。这一成果对于改进大气光学模型、优化光学系统设计以及提高大气环境下的光学传输效率具有重要意义。未来的研究可能将进一步探索如何利用这种传感器在更复杂或远程环境中的应用，以及如何整合其他技术以提高测量精度和实时性。