偏振哈特曼波前探测技术研究

针对白天强背景条件下自适应光学系统哈特曼传感器信背比低、波前探测精度不高等问题,利用人造目标与强背景偏振特性差异,提出基于偏振调制的哈特曼波前探测方法,将传统的哈特曼波前探测从强度维度转换到偏振维度,有效提升信背比和波前探测精度.阐述了偏振哈特曼波前探测基本方法和原理,并通过数值模拟仿真验证了方法的正确性和准确性.研究...     

基于夏克-哈特曼传感器的星载望远镜波前测量技术研究

精确的测量和控制星载望远镜的波前像差是实现高效空间引力波探测的关键。本文提出了一种基于夏克-哈特曼波前传感器原理的星载望远镜波前像差测量方法,该方法采用经过频域阈值去噪处理后的频域上的互相关算法,使用子孔径数20×16、微透镜尺寸0.279 mm×0.279 mm、焦距34 mm的夏克-哈特曼波前传感器对算法的测量精确度进行验证。对实际点源图像生成已知RMS离焦值(0, 0.22, 0.44, 0.66 nm),从而产生具有偏移量的点源图像。使用模式法进行波前复原后,计算复原波面和残余波面的RMS值,用于比较频域上的互相关算法和传统质心算法的测量精度。结果显示,随着实际离焦值的增加,质心算法的测量误差呈现上升趋势,分别为0.0966 nm, 0.1378 nm,0.1284 nm和0.1463 nm。频域互相关算法可以使夏克-哈特曼波前像差均方根(RMS)误差分别减少13%, 7%, 18%和14%,为空间引力波星载望远镜地面波前像差的高精度测试提供了重要参考。     

自适应光学系统中哈特曼传感器与变形镜对准误差的测量方法

提出了一种可以实现自适应光学系统中哈特曼传感器与变形镜对准的方法.该方法通过给用来做标记的驱动器施加电压来表征变形镜的位置,利用哈特曼探测变形镜镜面面形的斜率分布信息获取驱动器的准确位置,并据此计算哈特曼传感器和变形镜之间位置失配,为二者的自动对准提供依据;阐述了该方法的对准原理,推导了哈特曼和变形镜之间位置失配计算公...     

小孔夫琅和费衍射法标定CCD光电响应特性

对比分析现有的各种CCD光电响应特性标定方法后,引入了利用小孔夫琅和费衍射标定CCD光电响应的方法.推导了该方法中Airy斑的理论相对光强分布I/I0与CCD像素位置n之间的定量关系,完成了对特定面阵CCD光电响应特性标定实验.在数据处理过程中,采用二次曲线拟合法准确获得了灰度曲线的峰值位置,实现了Airy斑归-化理论光强分布曲线与CCD实测灰度分布曲线对准,解决了这种方法的中心对准问题,得到准确的灰度峰值位置n0为404.650 0,获得了特定的CCD光电转换特性曲线.标定结果表明,平均相对误差为0.77%,拟合结果可靠.     

光学干涉图像区域分割技术研究进展

干涉图像区域分割属于重要的干涉图像预处理步骤,目的是从干涉图像中提取出有效数据区域。干涉图像区域分割广泛存在于各种数字波面干涉仪的实验测试和数据处理中,对于精确波前复原以及相位解包裹可靠实施具有重要影响。介绍了3类常见干涉图像的区域分割技术,包括单帧干涉图、同步移相干涉图和横向剪切干涉图,并系统总结了相关研究进展、展望了该领域研究趋势。     

基于小孔夫琅和费衍射法的CCD光电响应特性标定研究

对CCD的光电响应特性进行标定,是保障CCD测量系统测量精度和系统可靠性的关键技术环节,对系统测量结果有着直接的影响。对现有的各种CCD光电响应特性标定方法进行对比分析后,引入小孔夫琅和费衍射的方法。推导了该法中Airy斑的理论相对光强分布I/I0与CCD像素位置n之间的定量关系,完成了对特定面阵CCD光电响应特性标定实验。在数据处理过程中采用二次曲线拟合法准确获得了灰度曲线的峰值位置,实现了Airy斑归一化理论光强分布曲线与CCD实测灰度分布曲线对准,解决了这种方法的中心对准问题。最终的标定结果经误差分析满足要求。     

基于MPPC阵列的三维单光子成像技术研究

三维成像技术在自动驾驶、航空任务、军事领域等都有着广泛的应用,不同技术体制的成像系统有不同的优点,其中基于多像素光子计数器(Multi-Pixel Photon Counter, MPPC)的三维成像技术由于其成像速度快、对极弱光敏感等优势具有广阔的发展潜力。然而,由于MPPC阵列发展不成熟,基于MPPC阵列的弱光三维成像探测水平受到限制。利用日本滨松公司研发的具有32×32规模的MPPC阵列S15013系列二维光子计数图像传感器,开发了一套三维成像系统,传感器的每个像素由12个单光子雪崩二极管并联而成,其总探测像素达到1 K以上。基于该系统,分析了阈值电压、镜头光阑等参数条件对三维成像探测结果的影响,对系统探测灵敏度和精度进行了测试,并针对37 m远模拟目标开展了三维成像探测试验。试验结果表明:在回波光子数约1.98 (光子/像素)的暗弱条件下,目标区域测距精度达到0.268 m,三维结构特征明显,达到了接近单光子成像的探测水平。     

空间引力波望远镜超前瞄准机构致动器电荷驱动位移行为研究

超前瞄准机构(PAAM)是空间引力波探测望远镜的关键部件,其主要通过给压电致动器输入电压或电荷精确控制位移量,实现对望远镜高精度角度控制。因此,压电陶瓷致动器位移响应直接影响超前瞄准机构指向控制性能。本文提出等效电容量计算方法定量分析压电致动器在电荷驱动下的位移响应特性,并通过数值模拟仿真和实验验证等方式验证了计算方法的准确性和可行性。结果表明：在使用幅值5 V、频率0.05 Hz～5 Hz的正弦波信号控制的电荷放大器驱动某型号压电致动器时,采用本文方法分析结果与实验结果相比,二者位移响应最大偏差小于1.35%,为空间引力波探测望远镜超前瞄准机构的高精度指向控制提供了可能的分析方法和实现途径。     

大口径地基太阳望远镜温度传感器标定方法

热控系统是大口径地基太阳望远镜的重要组成部分,它能最大限度地减小主镜面的视宁度效应和内部视宁度效应。在热控系统中,温度传感器是监控主镜表面、热光阑表面和环境真实温度的“眼睛”,因此,其精度对热控系统乃至整个望远镜的性能均有影响。针对现有商用传感器精确度不高、零点和响应曲线随时间变化而变化等缺陷，在将其组装入太阳望远镜之前,必须先对其进行标定。本工作采用一元线性回归的标定方法,通过修正传感器的响应曲线,从而提高传感器的测量精度。建立相应的实验装置，验证了该标定方法的可行性和有效性。验证结果表明,温度传感器的测量误差由1.5℃以上降低到0.05℃以下,可以满足大型地基太阳望远镜热控制系统的要求。