光学仪器 天文光学仪器

TH751200605472765cm水平式望远镜静态指向模型=Static pointing modelof65cmlevel mounting telescope[刊,中]/平一鼎(中科院紫金山天文台.江苏,南京(210008)),张晓祥…//天文学报.—2006,47(2).—224-230针对紫金山天文台盱眙站65cm水平式空间碎片望远镜,基于真实的可能产生误差的来源建立了独特的静态指向模型,使模型参数具有明确的物理意义,从而基本剔除了望远镜的系统误差,大大提高了该望远镜的指向精度,达到了4″。图3表3参5(严寒)光学仪器 天文光学仪器…     

卫星激光测距望远镜系统指向误差分析及修正方法研究

望远镜指向精度是卫星激光测距系统的一项重要指标。分析了望远镜指向偏差产生的各种因素,提出了一种通过建立望远镜指向误差模型来修正望远镜指向误差的方法,建立了转台模型修正误差,并用实际观测值进行了验证。     

光电探测系统半参数模型运动学标定

针对光电探测系统高指向精度要求,提出了补偿最小二乘法与双三次样条插值相结合的半参数模型标定算法来减小系统指向误差。根据光电探测系统结构组成,运用多体系统理论建立系统指向误差参数模型。引入非参数分量,建立半参数模型,应用补偿最小二乘法对半参数模型进行标定得到修正模型。搭建实验平台测得两组数据,分别用于运动学标定与验证修正结果。实验结果表明:系统方位向、俯仰向指向误差均值从92.1185″、75.9358″降低到2.7100″、2.7755″,指向误差标准差从21.6522、15.1744降低到10.8645、10.7305。表明提出的标定算法能有效提高光电探测系统指向精度和空间指向稳定性,且能同时考虑系统误差的线性与非线性关系。     

基于实时参数的大气折射模型和射电望远镜 指向修正方法

在传统射电望远镜指向误差修正模型的基础上,考虑大气折射对指向精度的影响,提出了一种利用实时的温度、大气压强和相对湿度等数据实现大气折射角度精确计算的指向修正模型.针对不同的气象条件,对这一模型和传统模型的修正精度进行了仿真分析和对比,并将该模型应用到了上海天文台天马站65米射电望远镜的指向修正中.在65米射电望远镜Ku频段的观测实验验证表明,新的指向修正模型优于传统模型,65米指向精度在20°仰角以下提高了25.8%,15°仰角以下提高了45%,10°仰角以下提高了60%,总的俯仰指向精度达到5.00″,比传统方法提高了5.3%.基本消除了由大气折射引起的低仰角指向精度恶化.     

大型光学天文望远镜风载作用分析

风载对光学天文望远镜结构和镜面的作用将直接影响望远镜的面形精度和跟踪指向控制,从而降低望远镜的像质。特别是未来大型望远镜越来越多地采用主动光学技术,风载的作用将是影响主动光学子镜的主动控制及望远镜整体性能的重要因素。回顾了大型望远镜风载作用的分析方法和随机风载的性质,详细介绍了采用风速功率谱密度方法进行随机风载分析的过程和采用有限元方法分析建模的方法;建立了一个拼接镜面主动光学望远镜的完整计算模型,研究了子镜及望远镜整体在风载作用下的静态和动态响应,并分析了风载对镜面面形和望远镜的跟踪指向精度的影响。     

基于多视场拼接光电经纬仪的成像系统指向校正方法

分析了传统光电经纬仪脱靶量修正模型和多视场拼接光电经纬仪的特点,基于坐标变换原理,推导了成像系统具有大照准差和零位差的光电经纬仪脱靶量修正公式。依据上述脱靶量修正公式和目标模拟器指向,逆向推导了大照准差和零位差的光电经纬仪脱靶量计算公式,结合实际成像系统脱靶量信息,解算成像系统的指向校正系数。经实验验证表明,该方法突破了传统畸变修正模拟的局限性,适用于多视场拼接光电经纬仪的成像系统指向校正。针对大照准差为11.26°和大零位差为18.08°的2×3外拼接阵列测量系统,采用多成像模块外拼接型光电经纬仪系统的指向校正方法,得到水平和垂直的指向误差均小于1/5 pixel。     

光电校靶中捷联惯导轴线的表征校准方法

光电校靶采用捷联惯导系统,需将惯导轴线用光电自准直系统表征捷联,用于对设备轴线的测量。光电自准直系统所表征的轴线与惯导轴线的一致性是影响校靶精度的重要因素,为提高光电校靶系统测量精度和效率,提出了一种惯导轴线的光电表征和校准方法。该方法是在分析测量结果偏差与一致性关系的基础上,采用实验数据拟合的方式得到自准直系统光轴与惯导轴之间的角度偏差值,用于系统修正,从而实现高精度校准。通过试验,将传统光机校正法和光电校准法结合使用,可大幅度提高系统校正效率,同时得到惯导与光轴一致性精度在15″以内。试验结果表明,与传统光学平晶引出的光机校正法相比,该方法的表征准确度和校准精度更高,适用于高精度惯性测量系统。     

天文光学仪器

介绍了云南夭文台1.2米地平式望远镜用于天文观测和图像采集处理的方法,建立了新的、独特的全天指向模型,大大提高了该望远镜的指向精度,达到1',并在多年的实际应用中得到验证。     

傅里叶望远镜光学系统装调及外场成像实验

提出傅里叶望远镜外场成像实验的光学系统组成,详细介绍光学系统的装调和检测过程,并对模拟目标进行成像实验。采用3束不同频率的激光照射模拟目标并在目标表面形成干涉条纹,利用拼接主镜接收散射回波能量,再经次镜汇聚,最后进入压缩透镜组被光电倍增管探测。实验结果表明:主镜支撑结构稳定性优于0.075 mrad,子镜指向调整精度优于0.05 mrad,对安装的61块子镜进行共焦试验,光斑质心重合精度小于20 mm。最后,对3 mm的模拟目标进行外场成像实验,结果表明:室外环境下傅里叶望远镜的成像效果与实验室内成像效果及计算机仿真结果吻合较好,为后续反射模拟目标的成像提供了参考。     

大型望远镜消旋K镜准直技术研究

针对2m地平式望远镜像方视场旋转问题设计了消旋K镜装置。根据K镜系统的几何光学传递特性,推导K镜消旋数学矩阵模型;利用光线追迹方法,拟合了望远镜入瞳坐标与Coude焦点坐标的转换关系,分析入射光经过Coude光路后的视场旋转与望远镜方位轴、俯仰轴旋转的换算规律,从而计算得出望远镜消旋K镜的初始零位及旋转规则;针对K镜的准直性问题,通过对其旋转过程K轴与主光路偏离误差周期性变化特性的分析,设计了基于帕斯卡窝线理论的K镜准直装调策略,将复杂的准直装调问题转化为数学方程参数修正问题,并建立K镜准直精度与帕斯卡窝线方程中关键参数的计算模型;开展了K镜准直装调实验,在准直装调过程中反复修正模型中关键参数,使误差曲线不断趋近最优值。实验结果验证了本文所做研究的有效性及正确性。     

国外地基光电系统空间目标探测的进展

简要介绍了国外先进地基空间监视系统的发展现状,从地基光电系统观测空间目标的角度描述了星火光学靶场35 m口径望远镜系统及367 m口径高级光电(AEOS)望远镜系统,给出了这两种望远镜系统的工作性能和所开展的工作。通过对这两套系统的设计理念和先进单元技术的研究,对构造“用于卫星成像的地基光电系统”的相关技术进行了初步探讨;针对目前提出的“对卫星成像的大口径地基光电观测设备”的总体研制方案,提出了建造应用自适应光学技术的18 m地平式望远镜的观点,提出该系统应设计为一个功能可扩展的光学平台。     

自动聚焦激光诱导击穿光谱远程测量系统

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术具有非接触测量、无需样品预处理以及快速多元素同时分析等特点,适合于高温、高压、真空、有毒以及敌对环境等仪器和操作人员无法靠近观测对象的应用中。LIBS技术结合望远镜系统可以实现物质成分的远距离检测与分析。搭建了一套可自动聚焦的LIBS远程测量系统。该系统中的望远镜采用Schwarzschild结构,由一块凹球面反射镜和一块凸球面反射镜组成。两块球面反射镜共轴安装。其中凸面反射镜安装在电控精密平移台上,电动平移台可带动凸面反射镜沿光轴移动。通过调整凸面反射镜的位置,改变凸面反射镜和凹面反射镜的间距,进而改变系统的焦距,实现对不同距离的样品进行光谱测量。该结构的优点在于：激光聚焦光路与信号光采集光路相同,便于安装和调试;望远镜系统采用全反射式光路,适用于紫外波段检测;只包括两个球面反射镜,结构紧凑,元件容易加工。望远镜系统调焦距离为1.5～3.6 m,聚焦光斑直径约为0.5~1.0 mm。使用该系统对铜样品进行了LIBS实验,确认了Cu元素的特征谱线。通过测量Cu元素的LIBS特征谱线(Cu Ⅰ 223.01 nm, Cu Ⅰ 224.43 nm)峰面积和反射镜间距之间关系,得到了激光的最优聚焦位置。实验结果表明,该系统能够完成样品的远程激发和LIBS光谱测量,并能够对不同距离的样品进行自动聚焦。     

光电侦察与跟瞄装备测试技术

在现代信息化战争中,光电侦察与跟瞄装备的研制试验和使用维护都离不开其测试技术的保障。从4方面简述了国内外光电侦察与跟瞄装备测试技术的发展现状,目前,可见光及微光成像性能参数已实现数字化的综合测量,其中,像面均匀性和畸变检校的测量不确定度分别达到1%和0.2%,最小可分辨温差(MRTD)等红外热成像系统性能参数已出现客观的评测方法,最大测程等激光测距系统性能参数的测量允许误差极限达到1%以内,多光轴一致性的检校测量不确定度达到2。未来,我国在该领域的研究热点将集中在发展各种现场快速精准的检校手段,以及继续提升红外、紫外、微光和白光成像测试技术等方面,并建立和完善其相应的测试标准和保障系统。     

Ab-initio calculations of bandgap tuning of In1-xGaxY (Y = N,P) alloys for optoelectronic applications

The Ⅲ-V alloys and doping to tune the bandgap for solar cells and other optoelectronic devices has remained a hot topic of research for the last few decades. In the present article, the bandgap tuning and its influence on optical properties of In_1-xGa_xN/P, where (x = 0.0, 0.25, 0.50, 0.75, and 1.0) alloys are comprehensively analyzed by density functional theory based on full-potential linearized augmented plane wave method (FP-LAPW) and modified Becke and Johnson potentials (TB-mBJ). The direct bandgaps turn from 0.7 eV to 3.44 eV, and 1.41 eV to 2.32 eV for In_1-xGa_xN/P alloys, which increases their potentials for optoelectronic devices. The optical properties are discussed such as dielectric constants, refraction, absorption, optical conductivity, and reflection. The light is polarized in the low energy region with minimum reflection. The absorption and optical conduction are maxima in the visible region, and they are shifted into the ultraviolet region by Ga doping. Moreover, static dielectric constant ε₁(0) is in line with the bandgap from Penn's model.     

Millimeter wave radio telescopes: Gain and pointing characteristics

The basic gain and pointing characteristics of millimeter-wave radio telescopes are described in this paper. Formal definitions of relevant telescope parameters are given. Performance limits set by conventional technology are discussed and compared with measurements of existing telescopes. Methods are also suggested for minimizing pointing errors.     

Geometry and optics calibration of WFCTA prototype telescopes using star light

The Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) project is proposed to study high energy gamma ray astronomy (40 GeV-1 PeV) and cosmic ray physics (20 TeV-1 EeV). The wide field of view Cherenkov telescope array, as a component of the LHAASO project, will be used to study the energy spectrum and composition of cosmic rays by measuring the total Cherenkov light generated by air showers and the shower maximum depth. Two prototype telescopes have been in operation since 2008. The pointing accuracy of each telescope is crucial for the direction reconstruction of the primary particles. On the other hand, the primary energy reconstruction relies on the shape of the Cherenkov image on the camera and the unrecorded photons due to the imperfect connections between the photomultiplier tubes. UV bright stars are used as point-like objects to calibrate the pointing and to study the optical properties of the camera, the spot size and the fractions of unrecorded photons in the insensitive areas of the camera.     

<Emphasis Type="Italic">In situ</Emphasis> characterization of optoelectronic nanostructures and nanodevices

One-dimensional (1-D) semiconductor nanostructures can effectively transport electrons and photons, and are considered to be promising building blocks for future optoelectronic nanodevices. In this review, we present our recent efforts to integrate optical techniques and in situ electron microscopy for comprehensively characterizing individual 1-D optoelectronic nanostructures and nanodevices. The technical strategies and their applications in “green” emission and optical confinement in 1-D ZnO nanostructures will be introduced. We also show in situ assembly and characterization of nanostructures for optoelectronic device purposes. Using these examples, we demonstrate that the combination of optical techniques and in situ electron microscopy can be powerful for the studies of optoelectronic nanomaterials and nanodevices.     

Analysis of outage probability for radio over IsOWC system in the presence of pointing error

In this paper, we analyze the outage probability of the radio over intersatellite optical wireless communication system in the presence of satellite vibration with bias error. The lower-based Mach–Zehnder modulator, optical booster amplifier and optical preamplifier are employed. First, the models of the proposed system and channel are given. Then the outage probability for a given bit error ratio (BER) of a quadrature phase shift keying signal is obtained in the presence of satellite vibration with bias error. Numerical results of outage probability with different bias error and average BER are given. Results indicate that the outage probability is obviously influenced by the pointing error and the optimum telescope diameter to minimize the outage probability exists. With the same pointing error condition, the value of the optimal telescope diameter will increase with the reduction of the given average BER.