Untersuchung der optischen Turbulenz in der Laser-Doppler-Vibrometrie im Außeneinsatz

Motivation

• Turbulenzen in der Erdatmosphäre führen zu Temperatur- und Dichteänderungen, die mit dem Druckausgleich zusammenhängen.  Diese zeitlichen Temperaturinhomogenitäten in der Atmosphäre führen zu unterschiedlichen Dichten. Diese unregelmäßigen, zufälligen Luftbewegungen bedeuten aus optischer Sicht eine willkürliche Variation des Brechungsindexes der Atmosphäre.
• Die signifikantesten und limitierenden optischen Effekte, die durch atmosphärische Turbulenzen verursacht werden, sind die geometrischen Verzerrungen und die raum-zeitlich veränderliche Unschärfe.
• Die turbulente Atmosphäre führt dazu, dass die Lichtkohärenz abnimmt und die kohärente Überlagerung beeinträchtigt wird, was zu einer starken Verbreiterung der Strahlprofile führt.
• Brechungsindexvariationen in der turbulenten Atmosphäre verursachen einen optischen Wegunterschied zwischen verschiedenen Bereichen der Wellenfront, was die Messgenauigkeit beeinträchtigt.
• Atmosphärische Turbulenzen bestimmen auch viele der wichtigsten Konstruktionsparameter von adaptiven optischen Systemen und Interferometern, wie z. B. die Wellenlänge, die Aperturgröße usw. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie atmosphärische Störungen erzeugt werden und wie sich ihr Einfluss auf die Lichtausbreitung quantifizieren lässt.

Zielsetzung

• Untersuchung des Einflusses der optischen Turbulenz auf die Messungen.
• Suche nach Methoden zur Minimierung des Einflusses optischer Turbulenzen auf die Messungen.

Methoden

• Eine wichtige Rauschquelle der betrachteten Messverfahren sind die atmosphärischen Brechungsindexschwankungen und das Speckle-Rauschen, das dadurch entsteht, dass der Laserstrahl unvermeidlich kleine Bewegungen auf der Oberfläche ausführt. Dieses Rauschen lässt sich für qualitativ hochwertige Messungen mit der Korrelations-LDV-Technik durch verschiedene getrennte Messstrahlen ausreichend unterdrücken.