实际大气湍流下弱光信标Shack-Hartmann波前传感器的波前斜率探测误差

 深入分析了Shack-Hartmann 波前传感器（S-H WFS）在实际大气湍流条件下弱光信标波前斜率的探测误差,导出了定量分析的数学模型。分析结果表明,当S-H WFS用于弱光信标（光子受限）湍流波前斜率的探测时,除了信标光起伏和探测器噪声外,大气强度闪烁、天空背景光等因素会增加探测误差,并且随着探测信标与天空背景光的对比度的下降,质心探测误差会随着孔径到达角起伏的增加而增加。     

实际大气湍流下弱光信标Shack-Hartmann波前传感器的波前斜率探测误差

深入分析了Shack-Hartmann 波前传感器（S-H WFS）在实际大气湍流条件下弱光信标波前斜率的探测误差,导出了定量分析的数学模型。分析结果表明,当S-H WFS用于弱光信标（光子受限）湍流波前斜率的探测时,除了信标光起伏和探测器噪声外,大气强度闪烁、天空背景光等因素会增加探测误差,并且随着探测信标与天空背景光的对比度的下降,质心探测误差会随着孔径到达角起伏的增加而增加。     

信标及波前探测模式对自适应光学系统控制性能的影响

自适应光学系统需要信标光来探测波前信息,不同的信标及波前探测模式对系统的带宽和稳定性等性能指标有较大影响。研究系统的性能对合理设计与评价自适应光学系统具有重要意义。根据系统工作时序以及信标光波特性和波前传感器的曝光读出方式,通过机理分析方法建立了自适应光学系统的传递函数模型。推导了系统有效带宽以及相位裕量的计算公式。研究了系统采样频率与控制器参数对系统性能的影响。结果表明,信标与波前探测模式的不同造成系统时间延迟的不同,从而使得系统带宽和稳定性存在差异。     

自适应光学中扩展信标波前探测的研究与实验

讨论了一种基于Hartmann Shack (H S)传感器的扩展信标相关波前探测方法。通过在传统H S探测光路的物平面上加入视场光阑消除了子孔径像斑的重叠问题 ,并利用一种快速相关算法计算各像斑的相对位移 ,进而得到各子孔径波前的相对斜率。光学实验研究证实了该相关波前探测方法能够较精确地测算出波前像差 ,从而使目前使用最多的H S传感器具有扩展信标波前探测能力     

光学相关论题 自适应光学

O431.92006054786两种提高扩展信标波前探测信噪比的方法=Two kinds ofmethods for increasing wavefront detection SNR based onextended-beacon[刊,中]/毛珩(北京理工大学信息科学技术学院光电工程系.北京(100081)),赵达尊…//北京理工大学学报.—2006,26(5).—438-441为了空对地观测相机在工作时达到接近衍射极限的高分辨率成像,采用扩展信标和相应的H-S波前传感器探测成像系统入瞳面上的波前畸变,以实现动态补偿。在这种波前探测、重构的模式下,推导和分析了波前探测系统焦面上子孔径图像信噪比的估算公式。根据模拟实际的一组参数…     

人造钠信标角度非等晕性的实验研究

为实际验证较大角度偏移(θ≈50μrad)条件下人造钠信标探测光路与科学目标光路之间经历大气湍流波前畸变的相关特性及其影响,开展了基于时序同步探测的人造钠信标角度非等晕性实验测量研究,利用单哈特曼波前传感器实现了对自然星回光点阵以及50μrad角度偏移钠信标共振回光点阵的同步测量,获得了时序同帧钠信标与自然星回光的波前序列,并从两者波前二维分布及Zernike模式的统计相关性、非等晕误差的Zernike模式统计分布特性及其对目标成像影响等方面对实验结果进行了较全面的分析.结果表明,50μrad的角度偏离导致两者波前仅低阶模式之间保持着一定相关性(如第3—9阶),而非同轴钠信标偏离望远镜接收口径的大气湍流误采样带来其探测波前与自然星波前之间部分高阶模式相关性的严重退化,致使目标成像点扩散函数Strehl比(0.31—0.22)、光学质量β(2.70—3.35)的下降,该影响不容忽视.最后,依据实验大气条件完成非等晕误差测量结果与理论计算结果的对比分析,获得了理论与实验相符的结果.     

波面斜率结构函数及其在自适应光学扩展信标波前探测中的应用

从结构函数的定义出发 ,推导出了斜率结构函数表达式 ,并且在模拟大气随机波前的仿真实验中得以验证。同时 ,将斜率结构函数应用于扩展信标波前探测中 ,可作为选择最佳基准子波面的依据。     

自适应光学系统中波前传感器噪声的闭环传递特性

 分析了Shack-Hartmann 波前传感器（S-H WFS）在实际大气条件下,大气湍流波前相位的探测误差在自适应光学系统（AOS）中的传递过程以及最后的控制残余方差,导出了定量分析的数学模型,并给出了分析结果。结果表明,当S-H WFS用于微弱信标光大气湍流的探测时,自适应光学系统中的控制斜率残余误差中除了前人分析[1]的误差外还包含一项由天空背景光斑质心位置引起的常数误差值,并且系统的有效控制带宽会因信标探测对比度的下降而减小,这将大大降低AOS的校正能力。分析结果还表明信标光越弱,对S-H WFS的标定光学系统的像差要求越高。     

自适应光学系统中波前传感器噪声的闭环传递特性

分析了Shack-Hartmann 波前传感器（S-H WFS）在实际大气条件下,大气湍流波前相位的探测误差在自适应光学系统（AOS）中的传递过程以及最后的控制残余方差,导出了定量分析的数学模型,并给出了分析结果。结果表明,当S-H WFS用于微弱信标光大气湍流的探测时,自适应光学系统中的控制斜率残余误差中除了前人分析[1]的误差外还包含一项由天空背景光斑质心位置引起的常数误差值,并且系统的有效控制带宽会因信标探测对比度的下降而减小,这将大大降低AOS的校正能力。分析结果还表明信标光越弱,对S-H WFS的标定光学系统的像差要求越高。     

人造信标波前测量

应用信标技术可以降低大气湍流对光学系统的影响,人造信标是主动校正大气造成的波面相位畸变的重要手段。介绍了人造信标实验系统和利用后向瑞利散射人造信标进行的波前测量结果,分析了人造瑞利后向散射信标系统指标和波前畸变测量结果的关系。     

人造信标波前测量

 应用信标技术可以降低大气湍流对光学系统的影响，人造信标是主动校正大气造成的波面相位畸变的重要手段。介绍了人造信标实验系统和利用后向瑞利散射人造信标进行的波前测量结果，分析了人造瑞利后向散射信标系统指标和波前畸变测量结果的关系。     

基于长脉冲光源的钠信标回光特性实验研究

采用与信标发射接收系统参数匹配的长脉冲光源,可在脉冲回光时间内产生较亮星等的钠信标,既有利于提高信标探测的信噪比,也有利于实现自适应光学系统的高频闭环校正.基于450 mm直径望远镜和大能量长脉冲光源,开展了钠信标探测实验,得到了长脉冲光源产生的钠信标回光特性.通过CCD和光电倍增管,采集得到了不同发射能量、出射偏振态下的回光强度,并获得了最大强度为15万光子/m2/pulse的回光,对应脉冲回光时间内约4.1等星的亮度.分析推算了实验条件下钠原子的柱密度.实验全过程未出现明显的饱和现象,验证了采用长脉冲钠信标光源避免饱和效应、得到高亮度钠信标的可行性.     

基于级联四波混频系统实现信噪比优化的理论研究

理论研究了基于级联四波混频系统的信噪比(SNR)优化。级联四波混频过程包括相敏和非相敏级联两种方式,其中非相敏级联系统的探测光强度始终被放大,同时SNR始终被降低;而相敏级联系统的探测光强度可以被放大或减小,这取决于两个铷池内光场的总相位调控。在相同增益条件下,相敏级联四波混频系统的有效增益比非相敏级联系统的高。另外,当两个铷池内光场的总相位等于0或者2π时,相敏级联四波混频系统中探测光的强度可以呈最大倍数放大,且SNR也被提高到最大。     

用于活体人眼视网膜观察的自适应光学成像系统

利用自适应光学技术,研制了两套活体人眼视网膜高分辨力成像系统,在实时校正人眼波前误差的基础上,实现活体人眼视网膜细胞尺度的高分辨力成像。这两套系统分别采用19和37单元小型压电变形反射镜作为波前校正元件,哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器测量波前误差,用眼底反射的半导体激光作为波前探测的信标。在用计算机控制自适应光学系统实现人眼波前误差校正后,触发闪光灯照明视网膜,用CCD相机记录视网膜的高分辨力图像。校正后的残余波前误差的均方根值已分别小于1／6和1／10波长,相当于视网膜上成像分辨力分别为3．4μm和2．6μm,接近衍射极限。试验表明37单元系统的成像质量更好。     

光波相位不连续点的探测

提出了同时利用哈特曼波前传感器测量的子孔径波前斜率和光强数据进行信标光相位复原的改进算法,并在此基础上对实测的斜率数据进行分析,结果表明在强湍流效应情况下,信标光相位中存在不连续点。     

液晶校正器漏光对闭环校正波前探测准确度的影响

研究了液晶分子排列对哈特曼波前探测器探测及闭环校正的影响.首先分析了分子排列对液晶校正器产生漏光强度的影响.详细探讨了在闭环校正过程中漏光对波前探测及校正准确度影响,当漏光比为40%时,产生的探测偏离误差为0.4;对于8%的漏光比,探测误差仅为0.08,可以忽略.最后分别做了扭曲和平行排列液晶校正器对静态畸变的闭环校正实验.对于漏光比为40%的扭曲液晶校正器,校正前后的PV和RMS值分别为:1.11 μm、0.25 μm和1.08 μm、 0.24 μm,说明漏光对闭环校正产生了严重影响.对于漏光比为8%的平行排列液晶校正器,通过闭环校正,波前的PV和RMS分别从1.58 m和0.22 m降到0.095 m和0.03 m,同时获得清晰的光纤束的像.结果表明,如果能够控制液晶波前校正器的漏光占总光强的比在8%以下,则可以获得高校正准确度.     

哈特曼-夏克波前传感器子孔径合并的理论研究

在大气湍流条件较好而被探测信标光信号极弱的工作条件下,自适应光学系统在实际的应用中需要采用子孔径合并的部分校正方式。本文针对云南天文台1.2m高分辨率自适应光学系统中的哈特曼－夏克（Hartmann-Shack ）波前传感器结构,从光子起伏噪声和CCD像素读出噪声对子孔径内哈特曼光斑质心探测精度的影响的角度,对子也径软件合并和硬件合并两种方案进行了理论分析和计算,导出了有实际应用意义的结论。     

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。     

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。