自适应光学技术在惯性约束聚变领域应用的新进展

在惯性约束聚变(ICF)领域,采用自适应光学(AO)技术进行波前控制是解决ICF激光系统中光束质量问题的重要手段.报道了"神光Ⅲ"原型装置中8套工程化自适应光学系统、未来ICF系统发展所需的大口径可拆卸变形镜(DM)样镜研制以及ICF自适应光学波前控制技术的最新研究进展.8套工程化自适应光学系统在"神光Ⅲ"原型装置上实现了到靶点的全系统静态像差校正,改善了靶点焦斑能量分布,验证了校正对打靶时X射线分布的改善效果.所研制的17单元大口径可拆卸变形镜的口径为284 mm×284 mm,行程大于±6μm,谐振频率大于500 Hz.在ICF自适应光学波前控制技术中,采用了基于哈特曼传感器近场相位测量的控制方法和基于靶室远场的随机并行梯度下降(SPGD)控制方法均能取得良好的校正性能.     

913单元变形镜性能测试与分析

为了满足自适应光学系统校正高阶像差和在低温环境下正常使用的要求,研制了一块913单元的分立式连续表面变形镜。利用?300mm口径Veeco干涉仪对变形镜的部分静态性能进行了面形影响函数测量、面形展平测试和Zernike像差拟合测试,并利用4-D动态干涉仪测量了变形镜从20℃~-10℃的面形。结果表明,913单元分立式连续表面变形镜各驱动点的最大变形量为±3.5μm,相邻驱动器之间的交连值为9.3%;展平后的镜面面形波峰波谷值为66.0nm,均方根值为5.0nm;913单元变形镜对Zernike多项式的拟合能力达到了设计要求;变形镜的低温镜面变形不影响系统的正常使用。该913单元变形镜能够满足自适应光学系统的实际使用要求。     

变形镜面形影响函数的有限元仿真

在自适应光学系统仿真分析中,变形镜的面形影响函数通常采用高斯函数近似,由于实际变形镜受驱动器排布影响,其面形影响函数与高斯函数存在出入,以致用高斯函数拟合波面时带来高阶像差。文中利用有限元方法,仿真变形镜的面形影响函数,并与高斯函数进行了比较,证明所建立的变形镜有限元模型能更实际地反映变形镜的波面校正能力。     

云南天文台1.2m望远镜61单元自适应光学系统

云南天文台1.2 m望远镜61单元自适应光学系统已经完成升级改造并投入使用.该自适应光学系统主要由倾斜跟踪控制回路、高阶校正回路以及高分辨力成像系统组成.为了提高系统的跟踪精度,倾斜跟踪控制回路由两级倾斜校正回路串联而成,用于校正望远镜的跟踪误差和大气湍流引起的倾斜跟踪误差.高阶校正回路主要由一套哈特曼波前传感器、一块61单元变形反射镜以及一套高速数字波前处理机组成.系统中哈特曼波前传感器的工作波段为400～700 nm,系统成像波段为700～900 nm.在介绍61单元自适应光学系统各组成部分的基础上,对该系统的性能进行了分析,并给出了实际天文恒星目标的高分辨力自适应光学成像观测结果.     

应变式微型精密压电驱动器的一体化设计及其PID控制

基于有限元分析设计了一种利用应变片进行位移反馈的微型精密压电驱动器.该驱动器采用位移放大机构对微小应变进行放大,通过测量应变电桥的输出间接地测量出驱动器的微小位移.标定实验显示该传感器的精度为80 nm.虽然该应变反馈式压电驱动器是一种含有迟滞特性的复杂受控对象,但是在准静态条件下PID算法可以对其进行有效的闭环控制.分别进行了准静态的定位实验和跟踪实验,结果表明,PID控制算法对本驱动器的控制效果比较理想.在定位试验中,定位效果与开环相比有明显提高,定位误差不超过0.059 μm;单频正弦信号跟踪误差不超过0.085 μm;多频正弦信号跟踪误差不超过0.092 μm.实验证明了该方法在准静态条件下的有效性.     

随机振动环境对微小型波前校正器性能的影响

波前校正器应用于空间光学系统必然要经历卫星动力学环境，随机振动环境是其中一个很重要的影响因素，采用有限元方法分析两种波前校正器在随机振动环境中的应力分布，结果表明所受应力均小于其材料的许用应力。器件结果未受破坏。随后对器件进行随机振动试验。试验后器件的几种主要性能均未受到影响，说明器件可承受均方根为6g的随机振动环境。     

基于遗传算法的变形反射镜快速设计

变形反射镜是自适应光学系统的核心器件，其校正能力受多种因素的影响，设计过程属于多维变量优化问题。针对现有变形反射镜设计方法需要进行长周期反复迭代，效率较低的问题，提出了一种新型变形反射镜设计方法。将遗传算法与弹性力学影响函数分析模型相结合，显著提升变形反射镜的设计效率，为变形反射镜的高效研制提供保障。基于该方法进行离焦、像散校正变形反射镜结构参数的设计。结果表明，该方法通过100次迭代就完成了11个变量的收敛优化，大幅减少个体计算量，实现变形反射镜的快速设计。