自适应光学波前校正器

报告了自适应光学波前校正器——多元分立式压电变形反射镜和两维高速压电倾斜镜的研究工作。讨论了这两类波前校正器的主要性能及其检测方法等，并给出了若干典型的检测结果。研制的１９单元度形镜已成功用于ＩＣＦ驱动器的波前校正，而２１单元变形镜已成功用于天文观测星体成像校正     

环形光斑的波前传感器与波前校正器优化布局

针对自适应光学系统常遇到的环形光斑，仿真研究了波前传感器子孔径的六种环形布局，得出了环形布局的指导原则，并将环形布局与传统的方形布局进行了比较，认为环形布局更适合于环形光斑．     

环形光斑的波前传感器与波产校正器优化布局

针对自适应光学系统常遇到的环形光斑，仿真研究了波前传感器子孔径的六种环形布局，得出了环形布局的指导原则，并将环形布局与倾诉 方法布局进行了比较，认为环形布局更适合于环形光斑。     

LCOS液晶波前校正器的色散研究

对液晶波前校正器的色散问题进行了研究,测定了250D离焦、250D像散两种像差镜和650nm、670nm、710nm、840～860nm、835～865nm、830～870nm五种滤光片下的色散.结果表明:可见到近红外波段内20～30nm带宽的光是液晶自适应光学系统的理想光源,可实现系统较大的能量利用率和较小的色散.对于中心波长850nm的近红外光,当光源的带宽低于30nm时,LCOS的色散对系统像差影响较小,可以忽略,系统的光能利用率又较大;一旦光源带宽高于40nm,LCOS的色散会对系统的像差产生明显的影响,使成像分辨率大大降低.     

LCOS液晶波前校正器的色散研究

对液晶波前校正器的色散问题进行了研究,测定了250D离焦、250D像散两种像差镜和650 nm、670 nm、710 nm、840~860 nm、835~865 nm、830~870 nm五种滤光片下的色散.结果表明：可见到近红外波段内20~30 nm带宽的光是液晶自适应光学系统的理想光源,可实现系统较大的能量利用率和较小的色散.对于中心波长850 nm的近红外光,当光源的带宽低于30 nm时,LCOS的色散对系统像差影响较小,可以忽略,系统的光能利用率又较大|一旦光源带宽高于40 nm,LCOS的色散会对系统的像差产生明显的影响,使成像分辨率大大降低.     

波前校正器和波前传感器的匹配

自适应光学系统中,波前校正器和波前传感器的形式、对应关系以及波前复原法的选择,对波前复原的效果都是有影响的。介绍了动态Hartmann –Shack传感器方式下,以分立驱动器和连续表面变形镜为校正元件,采用直接斜率法波前复原过程的计算机模拟实验。研究了多种变形镜驱动器和探测子孔径的对应布局关系,得出每个孔径主要受三个驱动器控制的布局原则。     

动态波前误差的自适应光学实时校正

本文报道了在实验室里用由21元面阵变形反射镜、横向剪切干涉仪和平行控制系统构成的自适应光学系统实时校正动态波前误差的原理和实验结果.     

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.     

基于模糊控制的自适应光学校正技术

自适应光学中普遍采用的比例-积分-微分(PID)控制严格依赖于变形镜的响应模型,响应模型的标定非常繁琐且性能容易随时间和温度而漂移.采用模糊控制摆脱了对变形镜响应模型的依赖,通过波面的快速重构,从波面中提取波面评价指标,将该评价指标及其微分作为模糊PID控制器的输入.选择模糊输入和输出论域的隶属度函数,设计出模糊规则库,通过模糊推理、解模糊等过程,对PID控制器的3个参数即比例kp、积分ki和微分kd进行模糊自整定,实现了自适应控制.采用高速数字信号处理器(DSP)设计了硬件验证测试平台,通过该平台的测试,证明该方法有效可行,在不需要变形镜响应矩阵的前提下,能够将光斑的衍射极限倍增因子β值从10—12校正到3—4,与传统的PID控制基本一致,但稳定性更好.因无需标定,故降低了变形镜的安装要求.     

高功率光学元件校正波前的梯度均方根指标

对高功率固体激光装置中,光学元件波前经过变形镜校正后的梯度均方根指标开展了研究。建立了变形镜校正效果的等效分解方法,分析了校正波前的部分相干叠加特性,对校正波前的梯度均方根与焦斑尺寸的对应关系进行了研究。解决了在有变形镜校正时,如何制定元件波前梯度均方根指标的问题。研究结果对高功率固体激光装置的光学元件波前指标制定有指导意义。     

Configuration optimization of laser guide stars and wavefront correctors for multi-conjugation adaptive optics

Multi-conjugation adaptive optics(MCAOs) have been investigated and used in the large aperture optical telescopes for high-resolution imaging with large field of view(FOV).The atmospheric tomographic phase reconstruction and projection of three-dimensional turbulence volume onto wavefront correctors,such as deformable mirrors(DMs) or liquid crystal wavefront correctors(LCWCs),is a very important step in the data processing of an MCAO's controller.In this paper,a method according to the wavefront reconstruction performance of MCAO is presented to evaluate the optimized configuration of multi laser guide stars(LGSs) and the reasonable conjugation heights of LCWCs.Analytical formulations are derived for the different configurations and are used to generate optimized parameters for MCAO.Several examples are given to demonstrate our LGSs configuration optimization method.Compared with traditional methods,our method has minimum wavefront tomographic error,which will be helpful to get higher imaging resolution at large FOV in MCAO.     

用于白天自适应光学的波前探测方法分析

提出了两种视场偏移哈特曼波前传感器，用于探测白天条件下强背景中目标信号的波前信息.给出了哈特曼波前传感器子孔径中焦面上天光背景非均匀性分布特征的实验结果，详细分析了基于分光棱镜的双焦面视场偏移哈特曼波前传感器的探测误差，并通过基于倾斜镜的单焦面视场偏移哈特曼波前传感器实验给出了波前测量的结果，证明视场偏移哈特曼波前传感器能够精确、稳定的测量白天条件下目标信号的畸变波前信息，同时给出了其在白天条件下探测能力的估算结果及其受限因素，估算结果表明云南天文台的自适应光学系统在10 W/m²·sr天光背景条件下应用视场偏移哈特曼波前传感器能对5等星(可视星等值)目标进行准确的波前探测. 关键词： 自适应光学 波前传感器 白天工作 误差分析     

自适应光学波面传感器的研究

在讨论几种波面传感器的基础上,介绍了一种新型的自适应光学波面传感器。实验结果表明,软刀口型波面传感器具有良好的实际应用前景。给出了它的工作原理,并介绍了各种传感器的优点。     

一种基于全息术的光学系统闭环像差补偿方法

提出了一种基于21单元变形镜与全息波前传感器的全息自适应光学系统, 并对其像差校正能力进行了分析. 首先描述了全息波前传感器基本原理, 并在薄全息图近似下给出基于快速傅里叶变换算法的全息波前传感器数值模型; 然后基于21单元变形镜的数值模型, 分析了该变形镜的波前校正能力; 在此基础上, 数值模拟并实验验证了全息自适应光学系统对静态像差的闭环校正能力.     

用于开环液晶自适应光学系统的模式预测技术研究

时间延迟误差是液晶自适应光学系统的一个最主要的误差源. 本文提出了一种利用智能模式预测-----迭代最小二乘(RLS)模式预测算法来克服其对成像分辨率的影响. 首先, 介绍了具有RLS模式预测能力的开环液晶自适应光学系统的结构和工作原理. 其次, 详细讨论了RLS模式预测算法的实现过程. 再次, 设计和搭建了一套带有液晶湍流模拟器的开环液晶自适应光学系统, 对RLS模式预测算法的预测效果进行了分析, 并和直接开环校正做了比较. 分析结果表明: 当系统处于中等强度湍流条件(大气相干长度r₀=6 cm, Greenwood频率f_G=35 Hz)和只有时间延迟误差情况下, 经过RLS预测后, 残差波面的RMS值由直接校正的0.26波长(1波长=785 nm)降低到了0.15波长, 校正效果提高了42%. 最后, 对预测前后自适应光学系统的成像效果进行了对比试验. 实验结果显示, 经过预测以后, 系统的成像分辨率由直接开环校正的25.4 cycles/mm提高到了32.0 cycles/mm, 成像分辨率提高了26%, 达到了0.9倍的衍射极限分辨率. 因此, RLS模式预测技术可以有效的提高开环液晶自适应系统的成像分辨率.     

基于深度学习的自适应光学波前传感技术研究综述

波前传感是自适应光学系统的重要组成部分,在地基大口径望远镜、激光大气传输、无线光通信、激光驱动核聚变等领域发挥了关键作用,同时也常应用于自由曲面的光学测量中。与此同时,深度学习作为一种较为通用的前沿技术,成功在计算机视觉、自然语言处理等众多领域取得了革命性进展。使用深度学习的方法改进自适应光学系统中的波前传感器,以期实现更精准的波前探测,以及适应更复杂的应用场景是自适应光学的发展趋势,也是深度学习应用领域的一个新课题。介绍了深度学习在自适应光学波前传感中的应用现状,主要分析了在相位反演波前传感器和哈特曼波前传感器中的研究特点,并在最后进行了总结和展望。

     

一种适于自适应光学的旋转软刀口波面传感器的研究

利用傅里叶光学理论,证明了一种新型波面传感器——旋转软刀口波面传感器的概念.在经典刀口法的刀口区,以渐变透过率代替突变透过率函数,在光瞳象面上可获得反映光瞳面位置待测波面位相梯度及位相梯度方向的调制信号.文中给出了实验结果和讨论.     

嵌入式波前处理与控制系统设计

建立了一种嵌入式波前处理与控制系统的架构模型,实现对波前畸变的实时测量、重构与校正,并给出了重构与控制算法的理论分析。针对系统设计,引入全数字化设计思想,利用数字电路在底层硬件中完成海量数据计算处理与控制参数生成,讨论了高速波前处理模块与驱动控制模块设计。系统利用嵌入式自适应控制手段,可完全工作于无人值守模式,实现对激光系统光束质量的实时闭环控制。