为了给湍流介质中光学系统的工程设计和性能评估提供参考依据，分析对比了平面波与球面波的光强闪烁。首先，基于经典弱起伏湍流理论推导了孔径接收时光强闪烁的解析表达式。然后，基于扩展的Rytov理论计算非弱起伏条件下的光强闪烁。最后，仿真了不同湍流强度、不同菲涅耳数下平面波与球面波的光强闪烁。结果表明，当Rytov方差小于4.8时，平面波与球面波的光强闪烁曲线存在一个交点，该交点对应菲涅耳数下的平面波闪烁与球面波闪烁强度相等；当Rytov方差大于4.8时，平面波的光强闪烁强度总是小于球面波。该研究对于无线光通信系统中光学收发天线的设计、光束波长、波形的选择具有重要意义。

利用谱反演法来模拟畸变相位屏,通过设定激光发射系统的特征参量,计算得出发射光的远场光斑与接收光的远场光斑的峰值Strehl比,并根据Pearson相 关性的定义,计算得出峰值Strehl比、相关系数大小随传输效应的特征参量(湍流效应特征参量D/r0、热晕热畸变参量Nd)变化趋势。分析发射光与接 收光的Strehl比的相对偏差,验证相关系数的合理性。通过分析其相对偏差和相关系数来研究发射光与接收光远场光斑Strehl比的差异性。

为了深入认识大气闪烁的时间频域特性，给在大气中工作的光学系统的工程设计和性能评估提供参考，理论推导了大气闪烁功率谱的通用解析表达式，数值研究了不同传输条件下大气闪烁的时间频域特性。孔径接收下，对于水平均匀路径，平面波闪烁功率谱高频区近似呈现-17/3幂率，球面波近似呈现-11/3幂率；对于整层下行路径，高频区均近似呈现-17/3幂率，低频区与高频区之间存在一缓变区，孔径越大，缓变区越宽。典型大气条件下低频区加上缓变区的频谱宽度约为150 Hz。

与温度脉动仪测量结果对比验证了大气相干长度仪测量结果的可靠性,分析了两种仪器测量结 果存在的差异及原因。对比大气相干长度仪测量的博贺海面、海边及合肥水平大气相干长度得 出如下结论:全天海面水平大气相干长度最大,海边次之,合肥最小；合肥水平大气相干长度 具有典型的日变化特征,清晨、傍晚转换时刻变化范围约4?10 cm、4?15 cm;海边 水平大气相干长度清晨转换时刻变化范围约8?15 cm,特征与合肥相似,傍晚转换时刻后 保持在12 cm左右;海面水平大气相干长度清晨转换时刻变化范围约9?12 cm,傍晚转换 时刻约从15 cm迅速增至50 cm并保持2 h后迅速减至28 cm。结合不同下垫面的特点、天气状况 及海陆风转换造成的影响,对上述实验结果进行了初步分析。

利用恒星闪烁测等晕角是目前应用最广泛的等晕角测量方法。基于理论分析，引入了更准确的计算公式，通过公式推导、数值计算，得出最佳探测孔径直径与菲涅耳尺度相当，分析了复色光的闪烁等效波长及湍流路径长度变化范围的问题，讨论了等晕角与闪烁的比例系数C的计算问题。菲涅耳数在范围0.5~1.1时，比例系数随菲涅耳数的变化可用三次多项式进行拟合，比例系数不能简单地取波长位于500 nm时的固定值，需根据应用实际利用拟合的三次多项式来计算。

为了深入认识利用差分像运动法测量大气相干长度的特性，对差分像运动监测仪(DIMM)进行了深入的研究。基于理论分析和数值计算，讨论了DIMM中的几个重要问题，并阐明了解决方法，主要包括计算公式、子瞳大小及间距，从而提高了DIMM的测量精度，降低了DIMM的结构要求，扩展了DIMM的适用范围。