自适应光学系统对实际大气湍流波前的时域校正效果

引入时域校正因子（系统团环校正波前残余误差与系统开环时的湍流波前扰动误差之比）和系统测量信噪比,分析了自适应光学系统对实际大气湍流扰动的时域校正效果与湍流功率指数、湍流功率谱转折频率、系统测量信噪比、系统时间延迟以及系统闭环带宽的关系,并给出了系统的最佳闭环带宽。此外还分析了弱光61单元自适应学系统的时域校正效果。     

自适应光学系统控制效果分析的功率谱方法

 用H-S 波前探测器得到校正前后波前相位时间功率谱, 分析了自适应光学控制系统对大气湍流扰动波前的时域校正效果。用这种方法比较了61单元自适应光学系统分别采用P-I 控制算法和Smith 纯滞后补偿控制算法对实际大气湍流扰动波前进行补偿实验时的校正效果。     

激光实际大气水平传输湍流畸变波前的功率谱分析II:波前相位与格林伍德频率

分析了整体倾斜像差去除前后大气湍流畸变波前相位的功率谱。在激光实际大气水平传输实验中 ,利用 6 1单元自适应光学系统的哈特曼波前传感器 ,测量和分析了大气湍流畸变波前相位的功率谱。还建立了一种根据实际测量的波前相位功率谱数据估测自适应光学系统变形镜需要控制带宽大小和大气湍流格林伍德 (Greenwood)频率的方法。     

激光实际大气水平传输湍流畸变波前的功率谱分析Ⅱ：波前相位？…

分析了整体倾斜像差去除前后大气湍流畸变波前相位的功率谱。在激光实际大气水平传输实验中,利用６１单元自适应光学系统的哈特曼波前传感器,测量和分析了大气湍流畸变波前相位的功率谱。还建立了一种根据实际测量的波前相位功率谱数据估测自适应光学系统变形镜需要控制宽大小和大气湍流格林伍德（Ｇｒｅｅｎｗｏｏｄ）频率的方法。     

自适应光学系统时域特性分析

分析了激光导星发出的波前通过湍流大气所造成的波前相位畸变的时间功率谱 ;根据湍流相位时间功率谱和自适应光学系统的传递函数 ,比较了使用自然导星和激光导星时自适应光学系统的时间响应误差 ;讨论了使用自然导星时自适应光学系统的时域优化问题。     

激光实际大气水平传输湍流畸变波前的功率谱分析Ⅱ: 波前相位与格林伍德频率

分析了整体倾斜像差去除前后大气湍流畸变波前相位的功率谱。 在激光实际大气水平传输实验中, 利用61单元自适应光学系统的哈特曼波前传感器, 测量和分析了大气湍流畸变波前相位的功率谱。 还建立了一种根据实际测量的波前相位功率谱数据估测自适应光学系统变形镜需要控制带宽大小和大气湍流格林伍德(Greenwood)频率的方法。     

直接斜率法波前拟合和复原误差的仿真分析

报道了利用数值仿真方法对自适应光学系统补偿激光传输湍流效应中的波前拟合和复原误差的计算分析。计算结果表明，在利用波前斜率进行波前复原的实际自适应光学系统中，波前复原误差是利用波前最小方差法计算的波前拟合误差的１．２４倍。     

基于瀑布型多重网格加速的复指数波前复原算法

激光在大气中传输时,由于强湍流或长传输距离的影响,畸变波前中出现由相位起点组成的不连续相位,现有波前复原算法不能有效复原不连续相位,使得自适应光学系统校正效果下降甚至失效.本文分析了最小二乘波前复原算法不能复原相位奇点的原因,提出了基于瀑布型多重网格加速的复指数波前复原算法,给出了复指数波前复原算法中迭代计算、降采样、插值计算的实现方式.研究了该方法对不连续相位和随机连续相位的复原能力,数值分析了采用复指数波前复原算法的自适应光学系统对大气湍流像差的校正效果.仿真结果表明,同等复原精度下,相比直接迭代过程,该方法所需浮点乘数目减少了近2个数量级,且随着夏克-哈特曼波前传感器子孔径数目增加,其在计算量上的优势更加明显. Rytov方差较大时,相比直接斜率法,自适应光学系统采用复指数波前复原算法后校正光束Strehl比提升1倍.     

模式耦合对倾斜校正自适应光学系统的非等晕限制

分析了当入射信标波前与观测目标不在同一方向且考虑模式之间的耦合时,倾斜校正自适应光学系统的波前残余误差。并引入模式耦合因子变量,分析了模式耦合对倾斜校正自适应光学系统波前校正残余误差的影响。此外还给出了光波水平大气传输时的数值计算结果。     

模式耦合对倾斜校正自适应光学系统的非等晕限制

 分析了当入射信标波前与观测目标不在同一方向且考虑模式之间的耦合时,倾斜校正自适应光学系统的波前残余误差。并引入模式耦合因子变量,分析了模式耦合对倾斜校正自适应光学系统波前校正残余误差的影响。此外还给出了光波水平大气传输时的数值计算结果。     

光子计数剪切干涉仪波前探测自适应光学系统噪声分析

在自适应光学系统中，波前探测器的噪声是主要误差源。针对我们建立的２．１６ｍ望远镜红外自适应光学系统，从伺服控制系统的角度分析了光子计数噪声及其在系统闭环过程中的传递，从理论上推导了系统的噪声功率谱、伺服传递函数以及开环和闭环噪声公式。另外，还给出了在系统中实测的开环和闭环噪声     

固体板条MOPA激光光束质量主动控制

详细介绍了固体板条MOPA激光系统输出光束特性,包括光束近场强度分布、波前畸变空间特性和时间频率特性等,并以此为设计输入,研制了大动态范围高空间分辨率变形镜。研制的自适应光学闭环校正系统在强光条件下,实现了全程闭环控制,光束质量因子平均值从开环7.4提高到4.06。根据当前波前闭环校正残差,提出了进一步提高MOPA系统输出光束质量的方法。     

Constrained matched filtering for extended dynamic range and improved noise rejection for Shack-Hartmann wavefront sensing

We recently introduced matched filtering in the context of astronomical Shack-Hartmann wavefront sensing with elongated sodium laser beacons [Appl. Opt. 45, 6568 (2006)]. Detailed wave optics Monte Carlo simulations implementing this technique for the Thirty Meter Telescope dual conjugate adaptive optics system have, however, revealed frequent bursts of degraded closed loop residual wavefront error [Proc. SPIE 6272, 627236 (2006)]. The origin of this problem is shown to be related to laser guide star jitter on the sky that kicks the filter out of its linear dynamic range, which leads to bursts of nonlinearities that are reconstructed into higher-order wavefront aberrations, particularly coma and trifoil for radially elongated subaperture spots. An elegant reformulation of the algorithm is proposed to extend its dynamic range using a set of linear constraints while preserving its improved noise rejection and Monte Carlo performance results are reported that confirm the benefits of the method.     

FFT动态相位重建算法的滤波窗影响分析

为了优化相位重建算法，针对波面干涉图的傅里叶频谱，分析了不同滤波窗口的分布特征和频谱响应，通过计算机仿真和实验测试，确定了FFT动态相位重建算法的最佳滤波窗口类型。其中处理仿真干涉图重建的波面与原始波面的波面峰谷值残差为0.008 5λ，波面均方根值残差为0.000 1λ；处理实验干涉图获得的波面与移相干涉测量法获得的波面峰谷值残差为0.009 3λ，波面均方根值残差为0.000 5λ。结果表明:选取Hamming窗进行滤波处理并重建的相位经拟合后得到的波面较参考波面的面形残差最小，相位重建精度优于0.01λ，可进一步应用于大口径光学元件的测量中。     

自适应光学中的非等晕性

本文讨论了自适应光学中非等晕域对补偿效果的影响,提出了一种减小非等晕性误差的新方法—位相梯度法。分析结果表明,该方法可显著增大有效校正的角范围,使非等晕性误差的影响大大减小。我们预期位相梯度法有望解决自适应光学中信标的非等晕性问题。     

自适应望远镜时间响应频率的优化

分析了自适应望远镜系统的波面补偿剩余误差与频率响应的关系。分析另出了时间响应误差和波面探测误差与截止频率之间的数学表达式,表明剩余波差随载止频率的变化规律既有反方向部分,又有正方向部分,从而可以找到一个最优频率,使得系统剩余波差最小。     

应用闭环残余倾斜数据分析自适应光学系统精跟踪回路性能

在自适应光学系统中,目标跟踪误差主要由未完全补偿的大气湍流扰动和望远镜抖动引起的跟踪误差以及系统的倾斜噪声误差两部分组成。提出一种用闭环残余倾斜数据计算倾斜噪声误差、大气湍流扰动和望远镜抖动引起的跟踪误差以及系统跟踪残余误差的新方法,并用此方法分析61单元自适应光学系统中精跟踪回路的性能。     

微型自适应光学系统闭环控制算法

以微型自适应光学系统的波前重构算法和信号处理系统为基础 ,给出了相应的微型自适应光学系统的闭环控制算法 ,实验结果说明所得结果是合理可行的