自适应光学补偿大气层的影响

速度更快的计算机和更为敏感的照相机刺激了自适应光学在天文学、激光通信和教育方面的应用。光学望远镜是历史最悠久的科学仪器之一,被天文学家几世纪以来用于观测各种恒星和行星。由于近年来探测技术的发展和计算机处理能力的提高,现在,使地球上的望远镜可以观察到远程目标清晰的图像。探测宇宙信息的要求使天文学家们把望远镜送到地球大气层以外的太空中,因为大气层会使地面望远镜接收的信息产生畸变。     

天文学的新希望:自适应光学

自从 40 0年前伽利略用望远镜观察天空以来 ,为探索宇宙更深处 ,天文学家使用的望远镜越来越大。尽管在反射镜技术、望远镜结构及传感器方面取得长足进步 ,还是有一个重要因素制约地面天文望远镜的灵敏度和分辨率 ,即大气中的固有湍流结构。无论望远镜的直径如何大 ,大气湍流都会将长曝光时间地基图像的分辨率限制到 1弧秒。部分因为这一明显障碍 ,天文学家已将新观测活动转移到太空中进行。这一方法显然很费钱 ,且孔径变小。如哈勃太空望远镜孔径仅 2 .4m,它发射时正在建造的地面望远镜要比它大 3～ 4倍。不过哈勃太空望远镜的角分辨率比大…     

旨在现实应用的自适应光学

大型地面望远镜用自适应光学系统来测量和补偿快速波动的波前畸变，这种畸变使通过湍流大气观测的物像模糊。例如，由于大气湍流影响而产生像差的双星体像原来表现为不能分辨的模糊像。用自适应光学系统对湍流补偿后就使成像系统能分辨出两个明显不同的星体。在很多其它领域，包括通讯、生物医学和激光焊接等，补偿都起重要作用。大气畸变影响地基、自由空间激光通讯。医学装置（例如内窥镜）通过体液使组织成像，而体液引起光学像差和使图像质量变差。这种像差影响内窥外科术和视网膜外科术中激光功率的精确提供。同样，热感生像差也影响激…     

中科院光电技术研究所太阳自适应光学技术研究取得新突破

国内首次实现对太阳目标的自适应光学校正获得太阳表面结构高分辨图像在中科院云南天文台的大力协助和支持下，光电技术研究所饶长辉研究员领导的太阳自适应光学实验小组，于9月28日在云台26cm精细结构望远镜上进行的自适应光学实验取得初步成果．     

激光钠导引星技术研究进展

望远镜是人类探索宇宙奥秘最重要的科学工具之一。大型地基光学望远镜对天观测时,大气扰动使星光波前畸变导致其实际分辨率大幅下降,是长期困扰高精度天文观测的重大科技问题。因此世界各大望远镜均在竞相发展自适应光学技术,以校正大气造成的波前畸变,使望远镜达到近衍射极限分辨率,这标志着地基光学望远镜正在进入自适应光学望远镜时代。激光钠导引星是用激光激发海拨约90 km电离层中的钠原子产生的人造亮星,作为自适应光学校正的信标源,是自适应光学望远镜的核心技术之一。文中介绍了激光钠导引星技术的原理、方法与国内外发展状况,尤其是该实验室采用的固体激光和频技术,实现了钠D2线光谱匹配和钠层激发匹配的微秒脉冲钠导引星激光,并在国内外大望远镜上使用获得成功。     

基于自适应光学技术的高速流场效应模拟方法

在高分辨率天文观测和空间测绘过程中,高速流场效应会造成目标光学波前畸变,影响探测器分辨率。从高速流场造成的光学效应对空间观测的影响入手,研究分析了自适应光学技术及其关键器件-光学变形镜的技术特点,提出了一种基于光波波面调制技术和光程差（OPD）数据的高速流场光学传输效应模拟方法,并完成了初步验证实验。其中,通过光线追迹法和物理光学方法计算高速流场光学传输效应而获得的体现目标光束波面畸变程度的光程差（OPD）数据,该数据用于光学变形镜的控制驱动。这种模拟方法可用于空间对地观测过程中流场环境造成的透射光斑抖动、偏移等光学波面畸变效应仿真,实现在实验室环境下对光学传感器性能和空间光学探测系统高速流场效应半实物仿真和高速流场扰动校正能力的测试评估。     

可展开空间光学望远镜技术发展及展望

为了获得更高的角分辨率,空间光学望远镜的口径越来越大,口径超过4 m的空间望远镜将难以突破现有运载火箭整流罩有效包络的限制。另一方面,在研制周期及成本等方面拥有较大优势的微纳光学遥感卫星也对提高空间分辨率和集光面积有广泛的需求,需要在较小的发射体积里容纳下较大的光机系统,以降低发射成本。可展开空间光学望远镜将成为解决发射尺寸受限的可行方式。从大口径空间天文望远镜、分块式可展开对地观测望远镜和光轴方向可展开微纳卫星光学望远镜等方面对国内外可展开空间光学望远镜的研究现状进行了综述。对可展开空间光学望远镜涉及到的一些关键技术和发展趋势进行了阐述和归纳。     

观察星体的自适应光学技术日渐成熟

百万年或上亿年以来 ,从遥远星体而来的光到达地球相对来说是不受干扰的 ,但在最后几微秒中光变得杂乱无章。地球大气湍流使波前扭曲 ,使细节变得模糊 ,这限制了地面望远镜甚至是最大的地面望远镜的分辨率。人们曾经认为这种限制是坚不可摧的。虽然位于夏威夷莫纳基亚的 10 m Keck望远镜可以探测遥远宇宙中弱得接近于零的物体发出的光 ,但它们看见那些物体或其他任何东西的清晰度并不比放在后院业余爱好者的望远镜高许多。但是在过去的几年中 ,具有科技头脑的天文学家正致力于一项自适应光学的解决方案。这是一个大胆的概念 :测量光波中不…     

非传统材料制成的光学反射镜

在过去的一个世纪里,光学望远镜只是沿着建造反射镜系统的道路来发展的,直到现在,玻璃和以玻璃为基础的晶体材料在反射望远镜的制作过程中起着重要的作用,因此我们称之为传统光学材料.     

聚焦光学系统光学限制效应的分析

本文利用高斯分解法给出了聚焦光学系统中光学非线性介质引起的光学限制效应，以及几何排布对其的影响。结果表明，近场几何排布下的光学限制效应十分不同于远场情况。具有正非线性系数的介质是不能用来做光学限制介质的。     

世界最大光学望远镜选址确定

美加两国科学家7月21日宣布，建成后将成为世界最大光学望远镜的30m口径望远镜（TMT）确定在夏威夷的莫纳克亚山山顶建造。TMT将由美国加州理工学院、加州大学和加拿大大学天文学研究协会组成的联盟联合建造，预计2011年动工。TMT预计耗资10亿美元．联盟目前已收到的资助和承诺的资助共3亿美元．还不到计划中的1／3。联盟希望美国政府、私人基金会和国外合作伙伴能够补足剩余的资金。     

激光星间通信中不同光学终端的研究

光学终端在激光星间通信中扮演着重要的角色.研究了单个光学望远镜及光学望远镜阵用作激光星间通信中的光学终端时的系统性能,从电磁辐射入手,分析比较了单个光学望远镜及光学望远镜阵的增益及光学接收终端的方向图与相关参数的关系.仿真不仅论证了激光星间通信需要极精确的指向角度,而且得出结论:使用光学望远镜阵作为激光星间通信系统的光学终端具有更大的优势.     

望远镜的紧凑型闭环液晶自适应光学系统设计

在利用地基大口径光学望远镜进行天文观测时,液晶自适应光学成像技术已经被应用于校正大气湍流所引起的波前像差。应用Zemax软件和尽量少的光学元件,设计出了与1200mm望远镜匹配的紧凑型闭环液晶自适应光学系统。针对本套闭环自适应光学系统自身的特殊要求,制定了具体的公差原则,并应用Zemax软件进行了公差分析,结果表明,本套闭环液晶自适应光学系统具备较宽松的公差条件,可以实现较容易的加工和装调。对该紧凑型闭环液晶自适应光学系统与1200mm望远镜对接匹配后的性能进行了相应的评价:自适应光学系统与1200mm望远镜对接匹配后的组合焦距为19.13m,F数为17.92,P-V值为0.122λ,RMS值为0.031λ,MTF曲线接近衍射极限,光学传递函数的模在33lp/mm时可以达到0.5,而成像CCD的极限分辨率为31lp/mm,充分地利用了CCD相机的分辨资源。     

空间碎片探测与测距复合系统光学望远镜

针对空间碎片探测与测距复合系统地面验证演示实验中,工作环境10~30 ℃、光学基台的尺寸限制（不超过450 mm×400 mm）以及光学望远镜尾部安装导致重心远离安装面的问题,提出了空间碎片探测与测距复合系统光学望远镜的设计。使用ANSYS有限元分析软件对光学望远镜建立了有限元模型,针对环境温度10~30 ℃、尾部安装状态下、光轴方向和垂直光轴方向1 g （g=9.8 m/s2）重力加速度工况下进行了分析。分析结果表明:光学望远镜整机一阶模态为133 Hz动态刚度较好,重力为光轴方向时主次镜间距最大变化量0.01 mm,重力为垂直光轴方向时主次镜间距最大为0.007 mm,光学望远镜系统波像差RMS值为λ/15,次镜最大倾角1.93″,具有较好的力、热稳定性,可以满足光学天线装校、检测以及外场实验验证过程中的指标要求。在光学望远镜装校完成后,使用ZYGO干涉仪对其像质进行检测,在重力垂直于光轴方向、环境温度10、20、30 ℃条件下进行检测,结果显示:系统波像差RMS值分别为0.097λ、0.075λ及0.1λ,整机光学望远镜系统波像差RMS值在最低温与最高温度时均优于λ/10均满足系统使用要求。     

激光光学

由吕百达同志编著，四川大学出版社1986年出版的〈激光光学〉一书，共十章。前五章介绍了激光光学的基本概念和基本理论。阐述了矩阵光学、高斯光束、菲涅尔-基尔霍夫衍射理论等基础内容，并将这些理论用以研究光学谐振腔以及激光通过光学系统的传输和变换规律。作者阐述的物理概念清晰准确，探入浅出并富有启发性，理论表述简捷，注意了理论结果的物理解释以及与应用方面的联系。在取材方面，增加了一些很有实用价值的章节，如多程反射室、高斯光束通过调焦望远镜和失调望远镜系统的变换规律、高斯光束参数的实验测量、非稳腔锋．其中有些章节就是作者的科学论文。     

自适应光学显露出商业潜力

自适应光学在其商品化进程中正处于一个关键的转折点。许多年来，随着采用自适应光学系统的地基望远镜在消除由地球大气扰动产生的光学畸度方面取得的巨大成功，这项技术在天文学中得到广泛应用。目前几乎所有新的地基望远镜都配置了专门用于消除由于地球大气层中扰动产生光学畸变的自适应光学系统。     

液晶自适应光学在天文学研究中的应用展望

液晶波前校正器作为一种高单元密度的新型波前校正器件,通过相息图的衍射可以轻松实现十微米的波前位相校正量。因此,基于液晶波前校正器的自适应光学(LCAO)系统是21世纪天文观测领域非常有希望普及的系统。但是液晶波前校正器存在响应速度慢(10ms)、能量利用率低的双重问题,国际上一直处于探索研究中。本课题组不但解决了能量问题,而且在速度方面不断取得进步,所研制的LCAO系统与1.23m口径望远镜连接,清晰观测到土星及其环绕的光环带,分辨出4.8和5.5视星等的α-Com双星,成像分辨率达到1.8倍衍射极限分辨率;目前系统延迟时间只有2ms,可以说已达到工程应用水平,在装备8~10m级大口径天文学望远镜方面极具应用潜力。     

低空航天器轨道上光学件的剥蚀效应

今天,有许多光学系统,例如各种望远镜(光学的、紫外/远紫外的、X射线的)、扫描系统和地球观测相机,被发射到太空.为了增加光学系统的透光效率和分辨本领,要求提高系统中各元件的光学表面质量.为了获得更多的关于光学材料毁坏阈值的信息资料,研制了“表面效应样品监视装置     

用自适应光学照相机拍摄月球表面图像

欧洲南方无文台的天文学家 宣布,他们已获得地上记录月球表面最清晰鲜明的图像。这些图像是他们用NACO自适应光学照相机拍摄的。照相机装在该台8.2m直径的甚大望远镜(NLT)上。 基于自适应光学的仪器使用一种明亮的点光源作参考,以修正由于光线穿过大气层造成图像的光畸变。该台科学家决定用月球上一座被太阳照亮的高山作为引导,以试验此种自适应光学系统。 图像通过位于2.3μm波长处的一个窄带滤光片,以0.22s的曝光时间拍摄。图像的月球表面清晰度约为130m,相当于宇航员在月球上空400km处所看见的图像。     

气动光学效应光电校正方法研究

采用红外成像寻的精确制导体制的高速飞行器在大气中以高超音速飞行时。头罩周围的高温激波流场将产生气动光学效应,这种效应严重影响了导引头对目标的探测、识别与跟踪,必须对此采取措施进行校正。文中介绍了气动光学效应的光电校正方法,包括基于波前检测与基于像清晰化校正以及高频微型光电子校正等自适应光学校正、图像帧频与帧积分时间自适应变化校正和光学与图像处理综合校正等方法,并对各种方法进行了比较分析。