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。     

自适应光学系统的带宽及稳定性

自适应光学系统的带宽及稳定性与 Hartmann- Shack波前传感器的积分时间τs、信号采集与处理时间τd 及环路增益 g有关。自适应光学系统的校正带宽约为 1/ (10τs) ,τd及 g对系统带宽有一定影响 ;系统对于 1/ (2 0τs)以下频率范围内的扰动具有较好的拟制效果 ;τd ≥τs时 ,系统不稳定 ,减小 g可使系统稳定     

自适应光学的时域部分校正

导出闭环伺服系统采用ＲＣ滤波器的自适应光学望远镜的带宽表达式，对风速不随高度变化及赝风速度在所有高度上都超过自然风速这两种重要的特殊情况，讨论了系统带宽与校正后剩余波前方差或斯特列尔比（ＳＲ）之间的关系。结果表明，对前一种情况，几十至一百Ｈｚ的带宽已足够；而对后一种情况，也许需要数百乃至上千Ｈｚ的带宽。     

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。     

自参考干涉波前传感器中针孔直径对闭环自适应光学系统校正精度的影响

使用自参考干涉波前传感器(SRIWFS)进行波前的绝对测量时,为了获得近似平面波前的参考波,针孔直径应该不大于无畸变光学系统艾里斑直径(d_A)的一半,然而这必将导致光能利用率的严重下降.为了最大程度地提高光能利用率并改善干涉条纹的对比度,研究了SRIWFS应用于闭环校正中时所允许的最大针孔直径,这将在闭环开始阶段尤为重要.数值模拟和实验表明,直径不大于1.5d_A的针孔可以获得满意的校正结果,校正后远场斯特列尔比高于80％;同时光能 关键词： 自适应光学 自参考干涉波前传感器 针孔直径 闭环校正     

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。     

分层校正自适应光学系统相位层析技术

假定大气湍流集中在两薄层内，借助分层大气相关长度与整个大气层相关长度的关系，给出待求相位分布与测量结果相关的超定方程组，进而构造残差方程组，并按最小二乘法原理导出正则方程组，通过求解这组正则方程，首次得到原超定方程组的最小二乘解。     

自适应光学控制系统对Kolmogorov湍流补偿的修正有效带宽

基于时间功率谱反演生成的Kolmogorov湍流时间序列, 模拟分析了自适应光学控制系统跟踪回路与高阶误差校正回路在有限误差-3 dB带宽、 有时间延迟情况下的闭环校正残余误差, 得出了系统的跟踪残余方差、高阶残余方差与误差-3 dB带宽的数值拟合结果, 修正了系统有效带宽的表达式, 使其能更精确地估计校正残余方差. 关键词： Kolmogorov湍流 Tyler频率 Greenwood频率 有效带宽     

Wave-front correction of high-intensity fs laser beams by using closed-loop adaptive optics system

We developed an adaptive optics system to correct the wave-front distortion of an intense fs laser beam from our multi-TW laser system, Jiguang II. In this paper, the instruments of the adaptive optical system are described and the experimental results of the closed-loop wave-front correction are presented. A distorted laser wave-front of 20 wavelengths of P-V values was corrected to 0.15 wavelength of P-V values. The beam quality of the laser system varies from 3.5 diffraction limit to 1.5 diffraction limit.     

Performance of software-based solar adaptive optics system

This paper reports the performance of our modified adaptive optics system for solar observations. This system operates at a frame rate of about 400 Hz and has the closed-loop cutoff frequency at 105 Hz. The results of the laboratory experiments show that this system compensates for a temporal wavefront-variation of less than 99 Hz and improves the Strehl ratio by a factor of five.     

液晶自适应光学视网膜校正成像技术研究

为了实现对人眼视网膜的高分辨率成像,解决偏振能量损失、成像视场小和普适性差等问题,对液晶自适应光学技术及其在人眼视网膜成像中的应用进行了研究。通过开环光路的设计方案,避免了闭环液晶自适应系统的偏振光能量损失;在光路中加入可变视场光阑,利用小视场照明进行波前探测、大视场照明进行像差校正和成像的方法扩大了成像视场;使用脉冲光照明的方案减小曝光量;通过偏振光照明提高能量利用率、等效无穷远视标配合补偿镜以及改进后的视标提高盯视稳定性等一系列方法,提高系统普适性。校正后成像的清晰度和对比度获得了明显提高;高分辨率眼底成像视场直径从200 μm扩大到500 μm;曝光量减小到原来的1/2~1/3;对前期难以获得清晰成像的样本,取得了效果良好的视网膜视觉细胞自适应图像。     

大气闪烁对自适应光学校正的影响

激光在大气湍流中长距离近水平传输时,闪烁加强,限制了常规自适应光学的校正能力。数值研究了大气闪烁对自适应光学校正的影响,拟合得到了在Fresnel数一定时,Strehl比与Rytov方差的表达式,以及Rytov方差一定时,Strehl比与Fresnel数的表达式。结果表明,在Rytov方差较小时,纯相位校正Ｓtrehl比只与Rytov方差有关;随着Rytov方差的增加,Strehl比不仅与Rytov方差有关,还与Fresnel数有关,Fresnel数越大,校正Strehl比越大;大发射和接收孔径有利于提高校正Strehl比;在一定的Rytov方差下,Stregl比随Fresnel数增大而增加,逐步趋于饱和,达到纯相位校正的极限。     

20单元双压电片变形镜的性能测试与闭环校正实验研究

测试了20单元双压电片变形镜的影响函数、变形量-电压特性曲线、面形热稳定性和频率响应特性,并搭建基于20单元双压电片变形镜和13×13阵列哈特曼传感器的自适应光学系统,测试了该变形镜对自身初始面形和静态像差板的闭环校正效果.实验结果表明,各分立电极变形量对加载电压的平均灵敏度为0.57 μm/100 V,离焦电极的灵敏度为1.09 μm/100 V;各电极变形量-电压响应曲线均存在迟滞现象,滞后量在最大变形量的10%以内;在温度引起的双压电片变形镜面形变化中离焦项贡献最大,其变化对温度也最为敏感,在13℃ 关键词： 自适应光学 双压电片变形镜 特性分析 闭环校正     

基于月面图像的大气波前倾斜量提取算法的性能分析

为了提高月球激光测距试验中的回波光子数,考虑将自适应光学技术应用于云南天文台1.2 m光学望远镜,以实时校正望远镜跟踪误差和由于大气湍流的影响而造成的到达月球表面的激光束的扩展与漂移效应。针对月面为低对比度扩展源的特点,利用互相关函数法及绝对差分算法对采集的月面图像进行了大气波前倾斜量的提取。模拟了未去除和去除大气波前倾斜量的月面长曝光图像,发现去除大气波前倾斜量后的图像对比度较未去除有了相应提高。研究表明：月球激光测距试验中,绝对差分算法更适合用来提取大气波前倾斜量。