光子计数剪切干涉仪波前探测自响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。     

自适应光学系统对大气湍流补偿的有效性分析

从伺服控制系统的角度分析了自适应光学系统的闭环噪声、大气湍流引起的误差以及系统的总体误差，并在此基础上对自适应光学系统的有效性、系统的最佳带宽选取及系统的极限工作能力进行了分析，对已经建立的２．１６米望远镜红外自适应光学系统给出了分析结果曲线。     

利用复原电压预测大气湍流畸变波前方法

 在校正大气湍流畸变信号的自适应光学系统中，基于大气开环数据，对采用最小递归二乘RLS算法预测复原电压以减小自适应光学系统中的时间伺服延迟进行了仿真研究。并与未采用预测时的误差进行了比较，对比结果表明：采用RLS算法后，可以有效的降低系统由伺服延迟引起的误差。     

自适应光学中的控制算法设计与仿真

对自适应光学系统中的控制算法设计进行了整体研究。首先对自适应光学系统各模块的物理特性进行了分析,并在此基础上建立了系统整体的数学模型。针对传统处理含有纯滞后环节系统近似方法的不足,文章采用直接求解系统传递函数幅频和相频解析函数的方法来对系统特性进行分析,通过比较系统的开环特性、闭环特性、误差和噪声传递特性等对三种控制方法（积分控制、PI控制和Smith控制）的控制品质进行了分析。分析和仿真结果表明,Smith控制方法对自适应光学系统能够达到较好的控制效果,为实际系统的设计提供了理论指导。     

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。     

自适应光学系统的实时模式复原算法

 分析了自适应光学系统中实时模式复原算法的基本原理，建立了一种新型的传感器本征模复原算法。与常用的直接斜率法相比，这种模式复原算法可以有效减小探测噪声对复原计算过程的影响，提高系统的闭环稳定性和校正效果。在61单元自适应光学系统上实现了这种模式复原算法，并在实际大气湍流中对传感器本征模复原算法和直接斜率法进行了实验对比研究。     

自适应光学系统倾斜校正回路的最优闭环带宽

基于实际自适应光学系统倾斜校正回路最常使用的比例积分控制器,分析了最优闭环带宽与大气湍流、测量噪声之间的关系.利用满足Kolmogorov湍流整体倾斜功率谱密度的时间序列进行了相关的数值仿真.结果表明,根据不同湍流强度及测量噪声选择合适的闭环带宽,可以充分发挥自适应光学系统倾斜校正回路的闭环校正能力,减小闭环残差.     

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。     

光学相关论题 自适应光学

O439 2006043796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=Performance analysis for fine tracking loop for a-daptive optical system with closed-loop residual tilt data[刊,中]/吴碧琳(中科院光电技术所.四川,成都(610029)) ,饶长辉…∥光学学报.—2006 ,26(4) .—487-490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放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…     

快速响应的硅基纯相位液晶器件对动态大气湍流波前的校正能力研究

液晶相位调制器的响应时间延迟是影响液晶自适应光学系统性能的一个主要因素, 为了提高系统的响应速度, 开发了一种快速响应的向列相液晶材料, 并制成了反射式硅基液晶器件(LCOS). 分析了该LCOS的相位调制特性及其对静态畸变波前和扰动波前的校正能力. 首先, 测量了LCOS的电光响应特性, 得出其780 nm相位调制量的响应时间为2 ms. 其次, 测量了LCOS的相位调制特性, 并对相位调制进行了线性化处理. 再次, 测量了用该LCOS搭建的液晶自适应光学系统的闭环和开环3 dB带宽, 它们分别为16和18 Hz. 最后, 给出了开环液晶自适应光学系统校正大气湍流的数值模拟结果, 结果表明. 系统的Strehl比由校正前的0.025上升到了校正后的0.225. 因此, 该液晶自适应光学系统可以对Greenwood频率为30 Hz以下的大气湍流进行较良好的校正.     

光子计数成像技术及其应用

介绍光子计数实时图像采集实验系统，其中的高亮度增益的光子成像头通过超强光力中继透与高帧频电荷耦合器摄像机耦合；分析和介绍了单光子成像模式下系统工作的受限条件和多光子工作模式下系统的主要综合性能指标－读出噪声的测定方法。文中给出在自适应光学弱光波前传感中的应用，光子噪声分布规律以及光的波粒二象性实验验证等例子。     

自适应光学系统的数值模拟：噪音和探测误差的效应

噪音和探测误差是影响自适应光学系统性能的三个主要因素之一。噪音和探测误差使哈特曼－夏克（Hartmann-Shack)波前传感器所测得的华斜量产生误差,进而影响整个自适应光学系统的性能,建立了对噪声和探测误差对哈特曼－夏克波前传感器的影响进行数值模拟的理论模型,编制了计算程序,与已有的激光大气传输与自适应光学系统的计算程序相衔接,进行了模拟计算,对有限的离散采样,读出噪音和光子噪音的效应作了数值模拟研究,获得了一些对于实际的自适应光学系统的最佳设计有价值的结果。     

自适应光学系统波前校正残余误差的功率谱分析方法

采用比较自适应光学系统闭环校正前后时间功率谱人方法,对自适应光学系统的波前校正残余误差进行了分析。在注意噪块时,实测的闭环波前复原相位误差与「实际波前校正残余误差是有区别的,分析了两者功率谱的差别之后,提出了一种估计实际波前校正残余误差的方法,应用这种方法对１．２米望远镜高分辨力自适应光学系统所采集的复原相位数据方差和波前校正残余误差进行了对比。     

一种基于并行化方法的自适应光学闭环预测控制器

自适应光学系统的性能受限于伺服系统的延迟误差和波前传感器的光电子噪声。提出了一种多模型单变量预测模型,该模型采用基于Levenberg-Marquardt学习算法的前馈型神经网络。利用计算机多核处理器,设计了一个具有并行处理能力的预测控制器,来实现对自适应光学闭环控制电压的预测,以消除延迟误差的影响。通过数值仿真实验,研究了预测控制器对控制电压和远场斯特雷尔比的影响,与未采用预测控制器的系统进行了比较,并对预测算法的并行性能进行了分析。实验结果表明,使用并行化方法的预测控制器可以有效缩短系统的预测时间,提高预测算法的加速比,与经典比例积分(PI)控制算法相比可以更有效地降低系统由于伺服延迟引起的误差,远场的斯特雷尔比有明显地提高。     

点源信标相关哈特曼-夏克波前传感器光斑偏移测量误差分析

在基于哈特曼-夏克波前传感器(SH-WFS)的自适应光学系统中,通常采用质心算法探测点源信标的子孔径光斑偏移量.然而质心算法探测精度受到诸如减阈值等因素的影响,在低信噪比(SNR )时不能准确估计光斑质心位置,而相关哈特曼算法不需要减阈值,具有更好的鲁棒性.本文在介绍相关SH-WFS基本原理的基础上,通过建立基于点源信标探测的相关SH-WFS算法的随机噪声模型,推导了光斑偏移测量误差表达式,系统分析了光子噪声、CCD读出噪声、背景光子噪声等因素对相关SH-WFS测量误差的影响.并进行了数值仿真及实验,仿真 关键词： 相关哈特曼-夏克波前传感器 相关哈特曼算法 质心算法 测量误差     

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.     

A modified phase diversity wavefront sensor with a diffraction grating

Phase diversity wavefront sensor is one of the useful tools to estimate the wavefront aberration, and it is often used as a wavefront sensor in adaptive optics system. However, the performance of the traditional phase diversity wavefront sensor is limited by the accuracy and dynamic ranges of the intensity distribution at focus and defocus positions of the CCD camera. In this paper, a modified phase diversity wavefront sensor based on a diffraction grating is proposed to improve the ability to measure the wavefront aberration with larger amplitude and higher spatial frequency. The basic principle and the optics construction of the proposed method are also described in detail. The noise propagation property of the proposed method is also analysed by using the numerical simulation method, and comparison between the diffraction grating phase diversity wavefront sensor and the traditional phase diversity wavefront sensor is also made. The simulation results show that the diffraction grating phase diversity wavefront sensor can obviously improve the ability to measure the wavefront aberration, especially the wavefront aberration with larger amplitude and higher spatial frequency.     

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。     

CCD在弹丸消融观测的应用

描述CCD器件在HL-1M多发弹丸加料实验中观测短暂消融云的应用结果,并介绍一种有特色的触发方式 用弹丸自身辐射的氢a 射线启动相机。实验证明:这种安排能取得大量照片,CCD成功地应用于弹丸消融过程观测, 图片处理分析后获得消融云形状、结构和辐射强度分布等。可以相信CCD诊断方法不但加深了弹丸加料的认识,也会促进军事工程相关瞬态高速过程的研究。