光学系统的Zernike像差与光束质量β因子的关系

利用波前像差的泽尼克(Zernike)模式分解,分析了光学系统的静态像差和动态像差与系统的光束质量β因子间的关系.建立了静态和动态Zernike像差系数与β间的计算表达式,并用数值计算方法得到了前65阶静态和动态Zernike像差与β间的近似公式拟合系数.在此基础上建立了符合科尔莫哥诺夫(Kolmogorov)大气湍流引起的动态Zernike像差与β间的对应关系.数值计算结果验证了该分析结论和得到的近似计算公式的正确性.     

一种增大夏克-哈特曼波前传感器动态测量范围的方法

夏克-哈特曼波前传感器(HS)所能测量的最大波前起伏称为HS的动态测量范围,它受限于微透镜的f数, f数越大,HS的灵敏度越高,而动态测量范围越小,反之亦然。本文介绍了一种软件处理办法,这里称之为外推法,通过这种方法,在不改变HS灵敏度的同时,又可以获得大的动态范围,并且不需对夏克-哈特曼波前传感器做任何结构上的改动。文中给出了外推法的工作原理,并通过实验验证了该方法的可行性和实用性。     

应用功率谱方法分析自适应光学系统噪声

在自适应光学系统中,系统噪声是其波前校正残余误差的主要组成部分之一。从波前探测器噪声引入着手,应用功率谱方法分析了探测器噪声在自适应光学系统闭环校正过程的传递．应用这种方法对６１单元自适应光学系统的噪声进行了理论和实验结果的对比．     

几何光学近似区的相位起伏和幅度起伏

研究了几何光学近似区的相位起伏和幅度起伏.分三种模型:平面波、球面波和高斯光束,Tatarskii给出了平面波的结果,本文进一步给出了球面波和高斯光束的结果.对于平面波和球面波,考虑了在几何光学近似区,发射端的相位扰动如何影响接收端的幅度起伏;对于高斯光束,考虑了发射端自适应光学共轭相位对接收端的幅度起伏的影响.结论是:对于平面波,只有折射率不均匀媒质的相位起伏的曲率项对幅度起伏有贡献,只有发射端的相位扰动的曲率项能影响总体的幅度起伏;对于球面波,折射率不均匀媒质相位起伏的倾斜项和曲率项共同对幅度起伏有贡献,只有发射端相位扰动的曲率项能影响总体的幅度起伏;对于高斯光束,折射率不均匀媒质相位起伏的倾斜项和曲率项共同对幅度起伏有贡献,发射端的自适应光学共轭相位的倾斜项和曲率项共同作用于总体的幅度起伏.     

光阵列相干合成相位误差的探测与自适应校正研究

介绍了一种用于探测和校正激光阵列相位噪声的新方法。新方法基于探测光强极值算法(DBPIP),既能用于平移相位差(Piston)的探测也能用于倾斜相位差(Tilt)的探测。从理论上分析了新方法的原理,并搭建了基于能动分块反射镜的两路激光阵列相干合成实验系统加以验证。结果表明,闭环后平移相位差的均方根(RMS)值可控制在λ/19以内,光束倾斜范围控制在25μrad(约0.5倍衍射极限角)以内。实验验证了新方法用于探测平移相位差和倾斜相位差的有效性,而且新方法能满足相干合成所要求的控制精度。     

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.     

基于均值查找的快速中值滤波算法

针对传统中值滤波算法时间复杂度高、运行速度慢,难以满足大型图像数据实时处理的问题,提出了一种快速中值滤波算法,将确定中值元素的过程由排序运算转换为基于均值对集合的二分查找,算法不依赖于滤波窗口的形状以及相邻窗口的相关信息,有效提高了中值滤波的执行效率,使传统中值滤波算法的时间复杂度由O(nln n)下降至O(n).实验中,该算法应用于大型图像序列的滤波处理,其运算速度提高到传统中值滤波算法的3倍以上,并且算法运行时间仅随滤波窗口大小线性增长,可以满足大尺度滤波窗口对大型图像数据实时处理的需求,具有显著的实际应用价值.     

大视场地表层自适应光学系统性能评估方法对比分析

在天文大视场高分辨率成像领域，对地表层自适应光学(Ground-Layer Adaptive Optics, GLAO)系统作出准确的理论评估是系统设计与优化的关键前提。在GLAO技术中，地表层湍流特性与导引星布局是影响系统性能的重要因素。针对不同湍流环境与导引星位置分布，基于空间频谱滤波理论和蒙特卡洛方法对GLAO系统进行理论分析与性能评价工作，从而验证两种方法的正确性与准确性。结果表明，两种模型得到的系统校正规律呈现明显的一致性。在一定条件下，两种方法数值模拟偏差最大不超过4.6%。空间频谱滤波原理将系统简化为线性模型，其计算速度更快，便于发现系统特征规律，但是该方法适用于导引星呈对称布局的系统性能分析，不适用于非对称排布的任意导星布局解析分析。蒙特卡洛方法结合真实系统的物理过程进行实时模拟，其导引星布局可以任意设置，对于系统实际运行状态的预测更加准确。在两种分析方法对比的基础上，进一步针对系统布局给出了初步的优化结果，相关工作对未来GLAO系统的设计与优化具有指导意义。     

纳米级针孔矢量衍射波前误差分析

应用哈特曼-夏克(H-S)波前检测仪检测大数值孔径(NA)透镜时,需要采用纳米级针孔产生参考球面波前对H-S传感器进行标定.为了制作出满足要求的高质量针孔,本文对影响参考波前质量的各种要素进行了仿真计算和分析,以获得最优针孔加工参数.基于矢量衍射理论,在会聚高斯光束照射下,计算了针孔厚度和直径大小对衍射波前误差的影响,衍射波前中的像差成份、能量透过率、强度均匀性、针孔加工误差及光束相对针孔中心发生平移、离焦、倾斜时衍射波前误差的变化.分析计算显示,在NA为0.6时,为了使相对于理想球面波的波峰波谷值(P-V)偏差不大于0.005λ(λ=193 nm),在实际针孔的加工制作中,应选取材料铬,并取厚度200 nm,直径180 nm为适宜.     

基于目标照明回光的瞄准误差修正方法精度分析及实验验证

激光发射系统通常受到瞄准误差的影响,使得发射光束的中心偏离靶目标,造成能量传输损失和系统性能下降。激光对目标照明后的散射回光信号可以反映瞄准误差的信息,通过对散射回光信号的测量可以对瞄准误差进行修正来提高激光发射系统的瞄准性能。研究了一种基于目标照明回光的瞄准误差修正方法。利用目标回光信息与瞄准误差的关系,通过随机并行梯度下降(SPGD)算法对瞄准误差进行校正,分析了影响瞄准误差校正精度的因素。实验数据验证了理论分析结果。