自适应光学技术在大气中应用的若干问题

本文综述了自适应光学系统在大气中应用对由于大气闪烁、大气色散以及非等晕性这三方面的影响所受到的限制,并且介绍了减小这些影响的一些方法。     

大气折射和色散对激光传输的影响

由于大气折射和色散效应，当用可见光或红外线瞄准目标而用另一波长的激光对目标进行探测或打击时，瞄准路径和激光传输路径是不一样的，瞄准点和激光束之间存在误差。本文建立了大气层折射模型，并给出了在不同仰角时，用可见光(0．55μm)和红外线(4μm)进行瞄准、用CO2激光器对10km远的目标进行探测或打击，瞄准点和CO2激光束之间的距离大小。     

位置色散与光学限制效应

我们利用Ｍ．Ｓｈｅｉｋ－Ｂａｈａｅ等提出的单光束测量光学非线性系数的方法,使其用于介质热光系数的测量,我们将“位置色散”的结果应用于光学限制效应的研究,解释了几何排布与光学限制特性关系的实验结果。     

自适应光学技术在大气光通信系统中的应用进展

大气光通信中大气湍流引起的相位噪声和光强起伏噪声会严重影响通信系统的通信质量,自适应光学补偿可在一定程度上解决问题.常规自适应光学技术对于解决上行链路、下行链路中的湍流扰动问题得到了理论和实验验证.强闪烁现象的存在使得常规自适应光学技术在水平链路中的应用受限,不使用波前传感器的自适应光学技术则为这一问题的解决提供了可能方案.随机并行梯度下降算法是该类自适应光学技术中一种较有应用前途的控制算法.     

无波前传感自适应光学技术及其在大气光通信中的应用

无波前传感自适应光学(AO)系统不依赖波前传感器可直接对系统性能进行优化。基于随机并行梯度下降(SPGD)算法,32单元变形镜,CCD成像器件等建立了无波前传感自适应光学系统实验平台。实验结果表明,参量选取合适时,系统对畸变波前具有较好的校正能力,但受限于较低的CCD采样频率,仅能校正静态或缓慢变化的像差。根据实验结果讨论了基于随机并行梯度下降控制算法的无波前传感自适应光学技术在大气光通信中的应用可能和应用方法,指出采用高速光电探测器件、高速数据处理及响应速度高的波前校正器与随机并行梯度下降算法相配合可用于补偿大气光通信中的大气湍流扰动。     

2013大气光学及自适应光学技术发展研讨会论文摘要集

前言为了深入探索大气光学特性及光传输物理在激光技术、大气探测和光学遥感等领域中的应用、探讨现代自适应光学技术的发展及其在空间探测和天文观测中的应用,"2013大气光学及自适应光学技术发展研讨会"将于2013年11月10-12日在合肥市举办。会议由中科院大气成分与光学重点实验室和中科院自适应光学重点实验室联合主办,由中国宇航学会光电专委会承办。会议共收到论文120余篇,特邀专家报告30余篇。这里发表的是提交大会的部分论文及报告摘要。     

大气湍流位相畸变自适应光学校正的数值分析

实现了适应光学系统校正激光大气湍流位相畸变的数值模拟,研究了自适应光学系统的校正效率随湍流强度的变化规律以及横向风速对自适应光学校正效果的影响。结果表明,自适应光学系统能够校正湍流造成的激光波前位相畸变,提高靶面激光峰值功率密度,降低靶面激光强度起伏。湍流强度对于自适应光学系统的校正效率有比较大的影响,湍流强度较弱和较强,自适应光学系统的校正效率均不高;只有中等强度的湍流,校正效率最高。此外,横向风速对于自适应光学系统的校正效果也有比较大的影响．随着横向风速的增大,自适应光学系统的校正效果不断变差。     

激光大气传输光波相位不连续性问题研究进展

激光在大气中长距离传输时,即使湍流很弱也会产生强湍流效应。在强湍流效应中,一个重要的问题就是光波的相位不再是连续的,相位不连续性问题会引起现有的自适应光学校正能力的降低。介绍了相位不连续点产生的机理和基本性质,阐述了激光大气传输相位不连续性问题近年来的研究进展,为激光大气传输及自适应光学校正技术研究工作的更好开展提供了参考。     

聚焦高斯光束在湍流大气中的远场传输及相位补偿效果

从广义惠更斯-菲涅耳原理出发,将残留相位结构函数方法引入到计算部分相位补偿光束通过湍流大气的传播问题中,计算圆孔截断聚焦高斯光束通过不同强度湍流大气的传播后,传输系统的调制传递函数以及远场光强的分布,采用接收面峰值斯特雷尔比作为衡量相位补偿效果的指标,考察前若干低阶泽尼克像差校正对远场光斑质量的改善效果,并与相应文献的计算结果进行了比较,发现新方法得出的计算曲线与该文献的曲线基本吻合,而且新方法在计算复杂性方面优于该文献的方法。对计算结果进行了分析讨论。     

A simplified free-space adaptive optics system against atmospheric turbulence

Optical free-space communications have the distinct advantages over conventional radio frequency and microwave systems in terms of information capacity and increased security. However, optical carrier frequencies drastically suffer due to atmospheric turbulence. This effect is a random process and time-varying process; therefore, it is very difficult to overcome the effect. Adaptive optics is the technology used to mitigate chaotic optical wave-front distortions in real time by measuring the wave-front distortion with the help of a sensor and then adapting the wave-front corrector to lessen the phase distortions and ultimately to recover a closely approximated signal to its original counterpart. But these systems are too expensive and large. This study employs the various aspects of Adaptive Optics system, such as wave-front corrector, wave-front sensors and analytical analysis of open and closed-loop systems using loop equations, in order to make free-space optics communication links more vulnerable against atmospheric turbulence and wave-front phase distributions. The purpose of this study is to investigate a wave-front sensorless adaptive optics system, which would provide reduced complexity, size and cost.     

湍流强度对大气传输光束的相位特性及其相位校正物理极限的影响

运用相位屏近似法计算模拟了激光束通过大气湍流的光场分布。从高频相位比例和相位不连续点数目等角度对畸变光束的相位特性进行了分析,进而利用考虑到变形镜驱动器间交联耦合的高通滤波方法模拟自适应系统对畸变波前的校正作用,建立了畸变光束的相位校正物理极限的预估模型,定量分析了湍流强度和传输距离对校正极限的影响。研究结果表明:在一定范围内,随着湍流强度的增强及传输距离的增大,畸变波前中高频相位比例明显增加,相位不连续点数目也逐渐增多;激光束通过大气湍流后,其相位校正的效果主要受畸变光束连续相位中的高频相位比例以及相位不连续点数目的共同影响,畸变波前中高频相位比例越大,相位不连续点的数目越多,相位校正效果也越差。     

X射线Bragg—Fresnel元件中多层膜的稳定性研究

本文研究X射线Bragg－Fresnel元件中多层膜结构的热学及化学稳定性。介绍了实验方案及工艺条件。实验结果表明该多层膜结构在后续工艺中的热及化学载荷下性能是稳定的．并且在高温（300℃以下）的热稳定性也是好的。     

纯位相液晶调制器的响应特性计算

液晶位相调制器在非显示领域有广泛的应用,例如自适应光学中的波前校正、大气湍流模拟、光学相控阵的光束指向等。在这些应用中液晶的响应速度、位相调制范围、色散等特性非常关键。围绕对这些特性的改进,本文总结了近年来人们在液晶器件设计、驱动方法改进以及液晶色散研究方面的理论计算方法,这为人们在提高液晶器件电光响应特性、预期其性能等方面的需求,提供了非常有价值的参考。     

强激光大气传输特性分析及自适应光学技术

分析了强激光在大气传输中产生的折射、吸收、散射和湍流等线性光学效应，以及热晕、受激喇曼散射和大气击穿等非线性光学效应。同时介绍了自适应光学技术，以用于强激光发射。     

起伏背景下的自适应门限检测方法

介绍了起伏背景下的自适应门限检测方法的基本原理,并对其进行了改进,利用该方法可有效地检测起伏背景下的小目标,并给出了实验结果的验证。     

自适应光学对星地相干激光通信性能改善研究

相干激光通信能够实现每秒数百吉比特的通信速率和接近量子极限的灵敏度,在未来天地一体化信息网络中具有广泛的应用前景。大气湍流引入的光学波前畸变是影响星地相干激光通信链路性能的重要因素。本文将自适应光学技术应用于大口径光学地面接收站,并系统地开展了4 Gbps高速相干激光通信试验,试验结果表明,自适应光学技术能够有效抑制中等大气湍流的影响,并提高相干激光通信的灵敏度和稳定性。