در این رساله با استفاده از حسگر ماره ای دو کاناله جبهه ی موج به بررسی نوع و مقدار ابیراهی های نوری عدسی ها می پردازیم. در این روش نور موازی لیزر پس از عبور از عدسیِ آزمون، وارد حسگر ماره ای دو کاناله جبهه ی موج می شود. این حسگر از دو انحراف سنج ماره ای یکسان ساخته شده است. خطوط توری ها در یکی از انحراف سنج ها به صورت عمودی و در دیگری به صورت افقی است، در نتیجه در یکی از این انحراف سنج ها فریزهای ماره به صورت افقی و در دیگری به صورت عمودی ایجاد می شود. با ثبت این فریزها قبل و بعد از قرارگیری عدسی آزمون در چیدمان آزمایش، مقدار تغییرات ایجاد شده در جبهه ی موج، در اثر عبور از عدسی اندازه گیری می شود. سپس با استفاده از هندسه ی هادگین فاز جبهه ی موج عبوری از عدسی را در برنامه ی ext{matlab} بازسازی می کنیم. در ادامه با بسط جبهه ی موج برحسب چندجمله ای های زرنیکه و استخراج ضرایب این جملات، مقدار و نوع ابیراهی های عدسی آزمون را تعیین می کنیم. سپس با تبدیل ضرایب زرنیکه به بردار توان، فاصله ی کانونی عدسی را نیز محاسبه می کنیم. در قسمت دیگری از این تحقیق، با استفاده از انحراف سنج ماره ای دو کاناله و تکنیک ماره ی موازی، فاصله ی کانونی عدسی های آزمون را اندازه گیری و محورهای عدسی های غیرکروی مانند استوانه ای را مشخص می کنیم. در پایان مقادیری که برای فاصله ی کانونی عدسی ها با این دو روش بدست آوردیم را با روش های معمول اندازه گیری فاصله ی کانونی مقایسه می کنیم. از مزایای این روش ها به ارزانی تجهیزات مورد نیاز، تنظیم آسان و گستردگی محدوده ی دینامیکی حسگر و انحراف سنج ماره ای می توان اشاره کرد.

تئوری تلاطم با مدل های مختلفی ارائه شده است که مدل تلاطمی کلموگروف رایج ترین آن هاست. همه ی مدل های تلاطمی از جمله مدل کلموگروف بر پایه ی همگن و همسانگرد بودن تلاطم استوارند. مطالعه ی تلاطم جوی با توجه به نقش آن در بسیاری از حوزه های سنجش و ارتباطات حائز اهمیت است. در عبور نور از لایه های جو به صورت عمودی این فرضیات اعتبار بالایی دارند. با این وجود، در انتشار باریکه ی نوری از میان جو در مسیرهای افقی بخصوص در لایه های نزدیک سطح زمین با عنایت به وجود گرادیان های دمایی متغیر و همچنین از میان محیط های متلاطم همرفتیِ آزمایشگاهی مشابه، انتظار می رود فرضیات فوق دیگر برقرار نباشد. کما این که مطالعات تجربی تلاطم جوی انحراف قابل توجهی از این مدل را نشان می دهد. در این رساله، با توجه به کنترل ناپذیری شرایط جوی، محیط متلاطم همرفتی با شرایط مشابه تلاطم جوی لایه های نزدیک سطح زمین در آزمایشگاه تولید می شود. با انتشار نور از میان این محیط متلاطم و با بهره گیری از روش های اپتیکی مبتنی بر تکنیک ماره و روش تصویربرداری چند روزنه ای، همگنی و همسانگردی تلاطم تولید شده بررسی و تاثیر پارامترهای مختلف محیطی بر آن ها تعیین می شود. در کلیه ی مراحل کار، مقایسه ی نوعی با شرایط تلاطمی جوی ارائه می شود. نتایج نشان می دهند که تلاطم همرفتی آزمایشگاهی در حضور گرادیان دمای دو بعدی، در فواصل مختلف از منبع گرمایی حتی در بازه ی لختی ناهمگن و ناهمسانگرد است. گرادیان دمای متغیر و فاصله از منبع گرمایی نقش اساسی در میزان ناهمگنی و ناهمسانگردی ایفا می کند. بعلاوه از میان مدل های توصیف کننده ی تلاطم، مدل ون کارمان بیشترین انطباق را با داده های تجربی تابع ساختار فاز جبهه ی موج در بازه ی 0- 10 سانتیمتر دارد. در فواصل بزرگتر، هیچکدام از مدل های تئوری موجود با داده های تجربی همخوانی قابل قبولی ندارند.

پدیده ی ماره در گستره ی وسیعی از سیستم های فیزیکی مشاهده می شود و کاربردهای فراوانی تاکنون پیدا کرده است. یکی از رایج ترین این کاربردها اندازه گیری جابجایی ها و تغییرشکل های کوچک است. در این پروژه سعی شده است تا کلیه ی تکنیک های مبتنی بر روش ماره که برای جابجایی سنجی به کار رفته است مرور شود و دقت روش ها و مزایا و معایب آنها نسبت به یکدیگر بررسی گردد از جمله استفاده از توری هایی با عدد گشودگی مختلف به منظور نازکسازی پهنای فریزها، الگوریتم کسری از طول یک پیکسل (sub-pixel) و تعیین رد فریزهای مجازی ماره با جزئیات ارائه شده استط. همچنین تحلیل خودکار طرح های ماره با استفاده از روش های تبدیل فوریه، جابجایی پله ای (زمانی) فاز و جابجایی فضایی فاز به تفصیل توضیح داده شده اند و توانایی آنها در اندازه گیری جابجایی های کوچک مورد بررسی قرار گرفته است.