CN104677393B - 基于半角宽度的布里渊散射频移的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于条纹半角宽度的布里渊散射频移的测量方法，布里渊信号光经过法布里——帕罗标准具汇聚进入ICCD成像仪，得到干涉环；取过圆心的截面进行分析，截出条纹半角进行分析，计算出布里渊散射频移。本发明不需要取圆环边缘值，能够有效避免由于圆环边缘不清晰而造成的误差。

Description

基于半角宽度的布里渊散射频移的测量方法

技术领域

本发明属于对干涉条纹进行处理的领域，具体涉及基于半角宽度的布里渊散射频移的测量方法。

背景技术

随着人类对海洋资源的不断开发，海洋技术显得日益重要，而作为海洋技术中的一种海洋探测技术逐渐显示它的重要性。在利用激光散射技术对海水温度、海水盐度、海水声速等涉及到频率探测的海洋参数进行实时探测时，散射频移这个物理量就显得尤为重要。

现有的利用法布里——帕罗标准具来测量布里渊散射频移的方法多是利用测量干涉条纹的环间距，这种方法不可避免的会受到干涉，条纹边缘灰度不清晰，导致无法判别边缘处的影响，影响测量精准度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，通过利用法布里—卜罗标准具以及ICCD成像仪对布里渊散射回波信号的干涉条纹进行处理，求出布里渊散射频移，排除测量干涉，从而提高测量精准度。

本发明正是基于上述目的，采取以下技术方案。基于条纹半角宽度的布里渊散射频移的测量方法，其特征在于，布里渊信号光经过法布里——帕罗标准具汇聚进入ICCD成像仪，得到干涉环；取过圆心的截面进行分析，截出条纹半角进行分析，得到布里渊散射频移计算公式为：

其测量步骤如下：

1)确定经过干涉环圆心的线；

2)在干涉环上取一条初始线段，选取落在初始线段布里渊环上两侧的主极大的点，标记为C₁和C₂，得到C₁C₂线段；并在初始线段上标记出同级的瑞利环上主极大的D₁和D₂，得到D₁D₂线段；

3)利用ICCD成像仪读取像素的长度，并分别求出C₁C₂线段和D₁D₂线段的中点；

4)作平行于线段D₁D₂的过渡线段，并用步骤2)和步骤3)的方法进行标记，求出过渡线段的中点，并将过渡线段的中点连起来，即为经过圆心的直线，设为l；

5)选取C₂点所在的布里渊环，利用ICCD成像仪测定2r₁和2r₂的长度；

6)确定经过圆心的直线l以后，在靠近中心亮点的第j级瑞利干涉环上，选取落在直线l上主极大强度一半的两个点E₁和E₂，E₁E₂线段即为2r₁；

7)按照步骤6)选取落在直线l上主极大强度一半的两个点F₁和F₂，在同级布里渊干涉环上F₁F₂即为2r₂；

8)测出凸透镜到条纹主极大的距离L₁和L₂；

9)计算出布里渊散射频移f₁-f₂。

所述平行于线段D₁D₂的过渡线段至少为二条。

本发明正是在利用布里渊散射对海水测量频移的系统中提出的一种新的测量布里渊频移的方法，再结合ICCD成像仪便可求出干涉条纹的半角宽度，从而求出散射谱的频移量。不需要取圆环边缘值，能够有效避免由于圆环边缘不清晰而造成的误差。

附图说明

图1是本发明中求取干涉环过圆心的线及2r₁、2r₂线段的确定的分析图。

图2是本发明中瑞利干涉环第j级半角宽度求解分析图。

图3是本发明中布里渊干涉环第j级半角宽度求解分析图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，参见图1和图3，基于条纹半角宽度的布里渊散射频移的测量方法，布里渊信号光经过法布里——帕罗标准具汇聚进入ICCD成像仪，得到干涉环；取过圆心的截面进行分析，截出条纹半角进行分析，具体步骤如下：

1)确定经过干涉环圆心的线；

2)在干涉环上取一条初始线段，选取落在初始条线段布里渊环上两侧的主极大的点，标记为C₁和C₂，得到C₁C₂线段；并在初始线段上标记出同级的瑞利环上主极大的D₁和D₂，得到线段D₁D₂；

3)利用ICCD成像仪读取像素的长度，并分别求出C₁C₂线段和D₁D₂线段的中点；

4)作平行于线段D₁D₂的20条过渡线段，并用步骤2)和步骤3)的方法进行标记，求出20条过渡线段的中点，将20条过渡线段中点连起来即为经过圆心的直线，设为l；

5)选取C₂点所在的布里渊环，利用ICCD成像仪测定2r₁和2r₂的长度；

6)确定经过圆心的直线l以后，在靠近中心亮点的第j级瑞利干涉环上，选取落在直线l上主极大强度一半的两个点E₁和E₂，E₁E₂线段即为2r₁；

7)按照步骤6)选取落在直线l上主极大强度一半的两个点F₁和F₂，在同级布里渊干涉环上F₁F₂即为2r₂；

8)测出凸透镜到条纹主极大的距离L₁和L₂；

9)计算出布里渊散射频移f₁-f₂。

实施例：本发明的一个较佳实施方式是，首先，根据半角宽度的定义及实验方案的具体实施情况，要先确定一条经过干涉环圆心的线。在干涉环上任取一条线段作为初始线段，选取落在初始线段上的某一级布里渊环上的两侧光强最强的两个点，标记为C₁和C₂，显然，C₁和C₂为这一级布里渊环上主极大的点。同理，在初始线段上标记出同级的瑞利环上的D₁和D₂。利用ICCD成像仪读取像素的长度可求出C₁和C₂的中点以及D₁和D₂的中点，在理论上C₁和C₂、D₁和D₂的中点为同一个点，这样做是为了减小误差。再作平行于初始线段的其它线段作为过渡线段，用同样的方法进行标记，求出过渡线段的中点，将这些中点连起来即为经过圆心的线，设为l。

其次，要选取合适的点利用ICCD成像仪(2)测定2r₁和2r₂。确定经过圆心的直线l以后，在靠近中心亮点的第j级瑞利干涉环上，选取落在直线l上强度为主极大一半的两个点E₁和E₂，线段E₁E₂即为2r₁。同理，在同级布里渊干涉环上F₁F₂即为2r₂。凸透镜到条纹主极大的距离L₁和L₂可测。

综上所述，所有的量已测出，所以布里渊散射频移f₁-f₂可求。

本发明布里渊散射频移的测量方法是根据条纹半角宽度计算完成的。设瑞利散射光的波长为λ₁，布里渊散射光的波长为λ₂。可以假设第j级亮条纹的半角宽度为：

式中R为法布里——帕罗标准具的反射率。

设在ICCD成像仪屏上第j级条纹的瑞利散射光，主极大强度下降到一半的两点E₁和E₂连线的长度为2r₁，由ICCD成像仪可以测出主极大的中心点与同一直线上半强度的两个点，主极大到凸透镜的光心距离为L₁，两点与凸透镜光心所成的角(即半角宽度)为2θ₁，所以：

得：

即：

同理，对于布里渊散射光：

即：

所以：

得到：

由此可得布里渊散射频移为：

众所周知，法布里——帕罗标准具在超精细光谱测量中有着重要应用。而布里渊散射的频移量非常小，利用法布里——帕罗标准具正好可以将散射频谱中的瑞利散射光和布里渊散射光区分开。再结合ICCD成像仪便可求出干涉条纹的半角宽度，从而求出散射谱的频移量。由于探测设备的电流噪声等原因，探测到的圆环信号边缘会显得模糊，不够清晰，将造成计算结果的较大误差，本发明不需要取圆环边缘值，能够有效避免由于圆环边缘不清晰而造成的误差。

Claims (2)

1.基于条纹半角宽度的布里渊散射频移的测量方法，其特征在于，布里渊信号光经过法布里——帕罗标准具汇聚进入ICCD成像仪，得到干涉环；取过圆心的截面进行分析，截出条纹半角进行分析，得到布里渊散射频移计算公式为：

$\begin{array}{c}{f}_1-f_2=\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_1}-\frac{c}{{\mathrm{\λ}}_2}=c\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_2-{\mathrm{\λ}}_1}{{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_2}\right)\\ =c\left(\frac{\frac{\arctan \frac{r_2}{L_2}}{\arctan \frac{r_1}{L_1}}{\mathrm{\λ}}_1-{\mathrm{\λ}}_1}{\frac{\arctan \frac{r_2}{L_2}}{\arctan \frac{r_1}{L_1}}{\mathrm{\λ}}_1^2}\right)\\ =c\left(\frac{\arctan \frac{r_2}{L_2}-\arctan \frac{r_1}{L_1}}{{\mathrm{\λ}}_1\arctan \frac{r_2}{L_2}}\right)\end{array};$

其测量步骤如下：

1)确定经过干涉环圆心的线；

2)在干涉环上取一条初始线段，选取落在初始线段布里渊环上两侧的主极大的点，标记为C₁和C₂，得到C₁C₂线段；并在初始线段上标记出同级的瑞利环上主极大的D₁和D₂，得到D₁D₂线段；

3)利用ICCD成像仪读取像素的长度，并分别求出C₁C₂线段和D₁D₂线段的中点；

4)作平行于线段D₁D₂的过渡线段，并用步骤2)和步骤3)的方法进行标记，求出过渡线段的中点，并将过渡线段的中点连起来，即为经过圆心的直线，设为l；

5)选取C₂点所在的布里渊环，利用ICCD成像仪测定2r₁和2r₂的长度；

6)确定经过圆心的直线l以后，在靠近中心亮点的第j级瑞利干涉环上，选取落在直线l上主极大强度一半的两个点E₁和E₂，E₁E₂线段即为2r₁；

7)按照步骤6)选取落在直线l上主极大强度一半的两个点F₁和F₂，在同级布里渊干涉环上F₁F₂即为2r₂；

8)测出凸透镜到条纹主极大的距离L₁和L₂；

9)计算出布里渊散射频移f₁-f₂。

2.根据权利要求1所述的基于条纹半角宽度的布里渊散射频移的测量方法，其特征在于，所述平行于线段D₁D₂的过渡线段至少为二条。