利用相位恢复波前传感技术检测球面镜面形

为了验证相位恢复波前传感器系统波前检测的能力,搭建了基于相位恢复测量方法的波前传感器检测球面镜面形的实验平台。该平台结构简单,抗震动,可以在对光路不进行任何改变的前提下,利用成像系统上已有的相机对整个光学系统进行在位检测。为了验证相位恢复波前传感器测量方法的准确性,将相位恢复波前传感器测量结果与ZYGO干涉仪测量结果进行比较,实验结果表明在面形误差分布及误差的峰谷值(PV)和方均根值(RMS)上,两者具有极大的相似性,所以利用相位恢复波前传感器技术能有效地检测出球面镜的面形误差。     

基于实时波前信息的图像复原

提出了一种基于PIX总线的千单元可扩展波前探测图像恢复技术.采用波前探测与图像恢复相结合的方式来克服大气扰动和系统像差对图像分辨率的影响,满足大型地基望远镜高分辨率成像的需求.首先利用波前探测的方法得到波前相位畸变量,再由此恢复退化图像.其核心部件-波前处理器则采用波前处理主板和可扩展的波前处理子板相结合的方式来满足不同光学系统对波前处理规模的需求,波前空间采样散可扩展至千单元数量级.系统在室内进行了激光光源图像恢复实验,使激光光源的能量集中度提高50％左右;在室外对恒星和0.6″的双星图像进行了恢复,其半高全宽下降了约80％.系统采用大规模现场可编程门阵列(FPGA)作为波前处理的核心器件,实现了波前探测的实时处理和透过大气成像的退化图像的高分辨率图像恢复.     

大口径折反式三组元连续变焦距光学系统设计

采用一种新的结构形式对口径1.2 m、焦距2~6 m、相对孔径1/1.67~1/5的可见/近红外波段连续变焦距望远镜进行了设计。为适应目前地基大口径望远镜总体结构形式的需要,前端主系统采用Cassegrain反射式结构,后端采用三组元机械补偿变倍形式,使结构更加简洁。在高斯光学计算、像差分析基础上对各组元初始结构选择,并进行整体优化。设计结果各项性能指标均满足要求,且结构紧凑、补偿曲线平滑,表明这种结构形式是大口径连续变焦距望远镜一种较好的光学解决方案。     

相位差异法检测不理想环境下的非共光路像差

设计了1.23m地基望远镜自适应系统的非共光路标定系统。针对自适应光学系统非共光路像差检测中遇到的问题,构造了离焦量不可测情况下的相位差异法的评价函数。利用多通道约束波前的解集和像差检测与变形镜调整互相迭代最终收敛的办法,弥补了测量条件不理想对像差检测的影响。与双通道相位差异法相比,多通道相位差异法对目标光源形状的容忍力更强,理论上对波前求解精度更高。将该方法应用于1.23m地基望远镜自适应系统的非共光路静态像差测量中,取得了良好的效果,使光路装调更加方便。通过改变变形镜的初始偏置对测得的像差进行校正,提高了望远镜光学系统的成像质量。     

相位恢复技术算法的探究

首先介绍了相位恢复技术中的Gerchberg-Saxton算法和梯度搜索算法。推导了当任意多帧输入图像及它们的离焦量作为输入时,梯度搜索算法的目标函数分别关于广义光瞳、波前以及泽尼克系数的偏导数。揭示了GS算法与梯度搜索算法之间的关系。针对单幅和多幅图像作为输入时分别用GS算法和梯度搜索算法设计了仿真实验,实验结果显示对于单幅图像作为输入时,梯度搜索算法明显优于GS算法。对于多帧不同离焦量的图像作为输入时,GS算法和梯度搜索算法都能很好的解算出波前,但梯度搜索算法的收敛速度明显优于GS算法。     

地基大型望远镜数字通信系统软件设计

针对地基大型望远镜数字通信系统信号种类杂、传输距离长、相互干扰强、实时性要求高等特点,在已有的硬件平台上,建立了基于现场可编程门阵列的数字通信软件系统. 该系统主要具有基于光纤的实时通信、数据的解码、同步存储、大容量数据的融合与转换等功能. 经实验验证,该系统最多可实现256路RS422数据和256路TTL电平信号同时在单根光纤上传输,最大发送延时约为2.4 μs;可同时生成7种不同频率的同步信号,最大延时不超过10 μs;时间空间对齐技术中,时间精度为10 μs,空间读取延时约为114 μs. 整个数字通信软件系统通信稳定可靠,符合实时性要求,满足地基大型望远镜的工作需求.     

利用相位差异法检测镜面面形

为了验证相位差异波前检测器演示系统利用自带光源独立完成波前检测任务的能力,搭建了基于相位差异法检测镜面面形的实验平台。测试时在焦面和离焦面上同时采集短曝光图像,在已知离焦量的前提下解算出波前相位分布并恢复出目标,从而实现对大镜面像差的估计。为了进一步验证相位差异测量方法的准确性,对相位差异法与高精度的ZYGO干涉仪得到的测量结果进行了比较分析。实验结果表明:两种方法获得的面形误差分布及误差的峰谷值(PV)和均方根值(RMS)一致性很好,而波前RMS的测量精度达到了2.83/1 000λ。得到的结果表明提出的相位差异法能有效地检测出镜面的像差,且准确性很好。