激光导星角度与聚焦非等晕性综合分析

采用自适应光学(AO)系统对湍流大气进行校正时,非等晕性误差的影响不可避免。基于空间谱滤波技术,围绕湍流大气角度、聚焦、角度与聚焦相耦合非等晕性问题,进行了统一建模,给出了不同情况下的理论描述公式,分析了纯角度和纯聚焦非等晕误差中不同泽尼克模式分量所占比份。针对典型AO系统工作模式,分析了不同高度大气层对非等晕性误差的贡献。实际应用时,根据应用场景,应对AO系统工作模式和信标模式做优化匹配选择。     

激光导星角度与聚焦非等晕性综合分析

采用自适应光学（AO)系统对湍流大气进行校正时,非等晕性误差的影响不可避免。基于空间谱滤波技术,围绕湍流大气角度、聚焦、角度与聚焦相耦合非等晕性问题,进行了统一建模,给出了不同情况下的理论描述公式,分析了纯角度和纯聚焦非等晕误差中不同泽尼克模式分量所占比份。针对典型AO系统工作模式,分析了不同高度大气层对非等晕性误差的贡献。实际应用时,根据应用场景,应对AO系统工作模式和信标模式做优化匹配选择。     

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.     

Measuring optical characteristics of the atmosphere with a laser heterodyne system

A laser heterodyne system for measuring optical characteristics of a turbulent atmosphere is described. Continuous readout data on the fluctuations in the phase of the radiation propagating in a channel in the atmosphere are presented. These data can be used to determine the major parameters of the turbulent state. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 75, No. 6, pp. 906–908, November–December, 2008.     

自适应光学系统中大气湍流的模型分析与计算机仿真

由于自适应光学系统的实现成本很高,所以利用电子计算机进行系统仿真,把它作为一种行之有效的研究方式已被大量应用。讨论了在自适应光学系统计算机仿真中,大气湍流形成畸变波前过程的仿真模型,提出了利用Kol mogorov功率谱算法构造畸变波前的方法。     

激光在湍流大气中传输的闪烁系数及其测量

理论研究了激光光束经过湍流大气后闪烁系数的变化规律,以ARM7的嵌入式系统构建数据采集模块,在采集激光光强因为大气湍流影响而变化的数据的基础上对存储的数据使用闪烁系数数学模型进行运算,运算结果通过网络传输,由PC端的界面显示变化曲线,从而了构造一个可以感测大气湍流的远程探测系统。用转动的相位板模拟湍流大气,利用所开发的测试系统测量激光光束通过湍流大气后的闪烁系数。实验结果显示高斯光束在湍流大气中的闪烁系数随传输距离的增加而增大,与理论模拟结果基本相符。由此可见该系统工作可靠稳定,可实时测量激光光束经过湍流大气的闪烁系数。     

激光在湍流大气中传输的闪烁系数及其测量

 理论研究了激光光束经过湍流大气后闪烁系数的变化规律,以ARM7的嵌入式系统构建数据采集模块,在采集激光光强因为大气湍流影响而变化的数据的基础上对存储的数据使用闪烁系数数学模型进行运算,运算结果通过网络传输,由PC端的界面显示变化曲线,从而了构造一个可以感测大气湍流的远程探测系统。用转动的相位板模拟湍流大气,利用所开发的测试系统测量激光光束通过湍流大气后的闪烁系数。实验结果显示高斯光束在湍流大气中的闪烁系数随传输距离的增加而增大,与理论模拟结果基本相符。由此可见该系统工作可靠稳定,可实时测量激光光束经过湍流大气的闪烁系数。     

啁啾脉冲高斯光束在大气湍流中的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出啁啾脉冲高斯光束在湍流大气中传输的光谱解析表达式,并对解析表达式进行了数值仿真。结果表明：啁啾参数越大,光源谱宽越宽;当光源相对谱宽大于0.336时,轴上点光谱产生蓝移;湍流使得轴上点光谱的相对频移量减小,相对频移量随源光谱宽的增大而非线性增大;增大光束束腰半径可减小湍流对光谱频移、光束展宽的影响。     

Propagation of Gauss--Bessel beams in turbulent atmosphere

This paper studies the propagation properties of Gauss--Bessel beams in a turbulent atmosphere. Based on the extended Huygens--Fresnel principle, it derives the intensity distribution expression for such beams propagating in a turbulent atmosphere. Then the influence of turbulence and source beam parameters on the beam propagation is studied in great detail. It finds that the intensity distribution of Gauss--Bessel beams will change into Gaussian profile in a turbulent atmosphere, and that stronger turbulence and smaller topological charges will lead to a faster changing.     

1.2 m望远镜自适应光学系统中激光导引星聚焦非等晕性

分析了云南天文台1.2 m望远镜61单元自适应光学系统上如果配置激光导引星,由信标上方以及信标下方采样不完整性造成的聚焦非等晕性误差大小。为了减小聚焦非等晕性误差,可以采用投射多重信标方法。同时讨论了多重信标方法造成的信标位置测量误差和圆锥倾斜误差两种额外误差,理论分析并数值模拟了当投射2~5颗钠导星和瑞利导星时其误差大小。结果表明:随着导星高度以及导星数的增加,该方法可以有效地减小聚焦非等晕性误差,对于钠导星其误差小于1 rad2。     

激光传输模拟中基于衍射过程FFT算法的参量优化

为实现采用相位屏法正确模拟准直激光束经湍流大气的传输特性,根据湍流特性、抽样定理以及两屏间衍射过程FFT算法本身所决定的相邻两屏网格间距之间的关系,得出相位屏间距和网格间距确定网格数目最优取值的解析表达式,数值模拟高斯光束经自由空间和湍流大气传输的远场分布,网格数目取解析式求得的最优值848时,光束经自由空间传输的模拟结果与ABCD定律求得的解析结果完全一致;网格数目取836或860时,等效于光束通过偶数相位屏时被正透镜或负透镜阵列会聚或发散,削弱或夸大湍流大气对光束的影响,模拟结果出现严重偏差。     

自适应光学中的非等晕性

本文讨论了自适应光学中非等晕域对补偿效果的影响,提出了一种减小非等晕性误差的新方法—位相梯度法。分析结果表明,该方法可显著增大有效校正的角范围,使非等晕性误差的影响大大减小。我们预期位相梯度法有望解决自适应光学中信标的非等晕性问题。     

时域分析自适应光学中的非等晕性

本文利用时域分析方法讨论了自适应光学中的非等晕性以及相位梯度法克服非等晕性的适用性,并将位相补偿和位相梯度法补偿情况下的剩余位相结构函数和Strehl比的一般表达式,统一用传递函数H(f)来描述。该关系式不仅可分析非等晕性,同时可讨论大气平均风场和系统响应带宽对自适应光学系统补偿效率的影响。     

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。

     

Propagation of cylindrical vector beams in a turbulent atmosphere

<正>Based on the extended Huygens-Presnel principle,the propagation of cylindrical vector beams in a turbulent atmosphere is investigated.The intensity distribution and the polarization degree of beams on propagation are studied. It is found that the beam profile has a Gaussian shape under the influence of the atmospheric turbulence,and the polarization distribution shows a dip in the cross section as the beam propagates in the turbulent atmosphere.It is also found that the beam profile and the polarization distribution are closely related to beam parameter and atmospheric turbulence.     

Double-distance propagation of Gaussian beams passing through a tilted cat-eye optical lens in a turbulent atmosphere

By using the extended Huygens-Fresnel diffraction integral and the method of expanding the aperture function into a finite sum of complex Gaussian functions, an approximate analytical formula of the double-distance propagation for Gaussian beam passing through a tilted cat-eye optical lens and going back along the entrance way in a turbulent atmosphere has been derived. Through numerical calculation, the effects of incidence angle, propagation distance, and structure constant on the propagation properties of a Gaussian beam in a turbulent atmosphere are studied. It is found that the incidence angle creates an unsymmetrical average intensity distribution pattern, while the propagation distance and the structure constant can each create a smooth and symmetrical average intensity distribution pattern. The average intensity peak gradually deviates from the centre, and the central average intensity value decreases quickly with the increase in incidence angle, while a larger structure constant can bring the average intensity peak back to the centre.     

Propagation properties of stochastic electromagnetic double-vortex beams in turbulent atmosphere

Based on the extended Huygens-Fresnel principle, we study the propagation properties of stochastic electromagnetic double-vortex beams in turbulent atmosphere. The result shows that the spreading of the partially coherent double-vortex beams can be smaller than that of the fully coherent ones. The degree of polarization of this kind of beam will experience change, which is dependent on the degree of polarization of the source plane, the atmospheric turbulence, topological charge, and the spatial coherence. The results may have applications in space optical communication.     

大气湍流光学参数分析

利用两种不同大气湍流结构常数模型,讨论了不同高度的湍流对大气湍流光学参数的影响。通过理论计算得出:相干长度和对数振幅起伏方差主要由低层大气湍流决定,而等晕角、倾斜等晕角、格林伍德频率和泰勒频率由对流层顶附近的高层湍流决定。分析了垂直高度30 km以下的3部分大气湍流对等晕角的贡献比例,在给定的不同强度湍流下,对流层顶附近的高层大气湍流贡献比例都大于25％,而低层大气湍流的贡献比例都小于3%。     

自适应光学实时大气湍流补偿实验

本文报道了用自适应光学系统实时探测和校正距地面约15m高的340m水平传输通道上的大气湍流效应的实验.实验结果表明,用自适应光学校正后,对点目标和一定扩展度的扩展目标都可提高成像质量.     

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.