激光在大气传输过程中, 由于湍流折射率的随机起伏会引起波前畸变、光斑漂移、闪烁等一系列光学湍流效应, 因此严重制约了遥感成像系统和激光通信技术的发展。通过分析大气光学湍流对多个领域的影响, 指出了探测大气光学湍流廓线的重要意义。要想获取光学湍流的时空分布规律并准确评估光学湍流对光学成像或激光传输系统的影响, 就必须对光学湍流进行准确的测量。以光学湍流特征参数为视角, 介绍了目前国内外探测大气湍流廓线分布的方法和研究进展, 总结了各技术方法的测量原理及优缺点。最后对拟开展的差分波前激光雷达探测大气湍流廓线的方法进行了简要介绍, 该技术具有空间分辨率高且不存在聚焦焦移的探测优势。初步的仿真研究结果表明该雷达系统对大气光学湍流廓线的探测具有可行性。

常用温度脉动仪测量湍流的频谱，频谱范围多在20 Hz以下，无法呈现大气温度起伏的高频特征。介绍一种宽频带低噪声温度脉动仪的设计方法，研制出相应的仪器，并进行了真实大气温度起伏测量实验。结果表明，大气温度起伏具有丰富的高频信息，温度起伏功率谱在更宽的频率范围内存在幂率不变性，部分温度谱在高频部分出现拐点，以更陡的幂率下降，湍流谱的形状以及拐点出现的位置和湍流强度有一定的关系。拓宽了温度起伏功率谱的研究范围，为光波传输的理论研究和技术应用提供了高频湍流谱信息，为非Kolmogorov湍流研究提供了测量手段。

为了确保光栅单色器温度起伏引起的能量漂移不影响光束线的表观能量分辨率, 建立了单色器高精度的恒温环境。结合上海光源梦之线设计, 根据光栅衍射方程推导出单色器温差与能量漂移之间的关系; 据此设计了沿光束方向温度起伏较小的单色器恒温环境, 测试了温度控制系统不同条件下的长期温度稳定性, 并通过长时间多次测量氮气K边吸收谱的方法, 得到了相应的能量漂移。结果显示: 温度控制系统未启动的情况下, 棚屋内最大温度变化约为0.62 K, 测得的能量漂移约为49 meV; 温度控制系统使用独立冷水机时, 最大温度变化约为0.20 K, 相应的能量漂移约为17 meV。实验表明, 建立的单色器恒温环境满足设计要求, 使得单色器温差引起的能量漂移对梦之线表观能量分辨率的影响得到有效控制。

用微温传感器测量了发电厂烟道内的温度起伏频谱，得到烟道内折射率结构常数C(2，n)的分布及外尺度。结果表明：烟道内的温度谱可用von Karman谱表示，外尺度基本不随离烟道壁的距离变化，C(2，n)强度随离烟道壁的距离增加而增加。在处理平均风速值时，要考虑结构常数分布对加权函数的影响。由C(2，n)计算出的光闪烁强度远小于实测的光闪烁强度，因此，光束通过烟道气流的闪烁主要原因不是来自温度起伏。

用直径1μm和10μm金属丝分别测量了大气温度起伏功率谱,提出了测量湍流外尺度的方法.实测结果表明:在复杂的光传输路径上至少有50%的温度谱不符合Kolmogorov的-5/3定律;用直径1μm丝进行单点测量的C2n和直径10μm丝进行双点测量的C2n较为一致;80%的外尺度不超过7m.