1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
变形反射镜是自适应光学系统的核心器件，其校正能力受多种因素的影响，设计过程属于多维变量优化问题。针对现有变形反射镜设计方法需要进行长周期反复迭代，效率较低的问题，提出了一种新型变形反射镜设计方法。将遗传算法与弹性力学影响函数分析模型相结合，显著提升变形反射镜的设计效率，为变形反射镜的高效研制提供保障。基于该方法进行离焦、像散校正变形反射镜结构参数的设计。结果表明，该方法通过100次迭代就完成了11个变量的收敛优化，大幅减少个体计算量，实现变形反射镜的快速设计。
光学器件 变形反射镜 遗传算法 弹性力学 参数设计 设计效率 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0123002
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 航天科工微电子系统研究院有限公司, 四川 成都 610213
在自适应板条固体激光器光束净化研究中,基于最小二乘法的传统自适应光学系统以斜率残差平方和最小为校正目标。当激光器光束的波前畸变无法被变形镜完全补偿且补偿后仍然有大量的波前残差时,斜率残差平方和最小不能等效于光束质量最优值,因此该方法只能获得系统的次优解。针对此问题,提出一种新颖的自适应光学校正方法。该方法以提高光束质量为目标,根据波前畸变以及变形镜的校正能力,使用优化算法对波前传感器的标定位置进行优化,再使用传统自适应光学系统进行像差补偿。仿真结果表明,相较于未进行标定优化的传统自适应光学系统,使用该方法可以在变形镜校正能力有限的情况下有效提升自适应光学系统的校正效果。
自适应光学 像差补偿 板条固体激光器 标定优化 中国激光
2021, 48(23): 2305001
1 中国科学院光电技术研究所，自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学材料科学与光电子技术学院，北京 100049
3 江苏材料光学重点实验室，江苏 苏州 215163
4 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
从斜率复原波前是夏克-哈特曼波前传感器这一类斜率采样探测器的核心流程。传统的复原算法中，区域法对局部波前的复原效果好，但易受斜率噪声的影响，同时空间分辨率较低；模式法抗噪能力强，但没有精确复原局部波前的能力。本文提出了基于B样条函数的快速复原算法，将波前展开为B样条曲面的线性组合，并将复原问题从斜率最小二乘问题转化为泊松方程，利用斜率的Taylor展开式估计散度，再通过超松驰迭代法进行快速求解。该方法将B样条函数的理论散度积分和实际散度估计分离，可以方便地扩展到不同阶次和不同节点数量的B样条基复原算法中。另外，通过改变散度估计的计算区域，可以灵活控制并平衡算法的局部复原能力和抗噪能力。对变形镜驱动器响应函数的测量实验表明，该方法具有较好的局部复原能力、抗噪能力和任意精度的空间分辨率。
B样条 波前复原 哈特曼波前传感器 B-spline function wavefront reconstruction Hartmann wavefront sensor
1 中国科学院 自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
针对拼接主镜，开展子镜面共相校正装置的结构设计与性能测试。该装置整体采用粗调精调结合的两级式结构，主要由粗调级、精调级和横向卸载机构等部分构成。文章在基于有限元方法的装置整体设计与性能分析基础上，完成装置样件研制与基本性能测试。实测结果表明：该装置可平移±2.5 mm，校正精度约30 nm RMS（root mean square），带模拟镜面后固有频率约70.3 Hz，与设计结果相符，满足主镜系统技术指标需求。
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
变形反射镜是自适应光学系统的核心部件，也是开展自适应光学技术研究的首要研究对象。本文首先介绍了中国科学院光电技术研究所从事自适应光学特别是变形反射镜技术研究的历史背景，简述了光电所变形反射镜技术早期的发展脉络。然后介绍了光电所研制的变形反射镜在我国历代惯性约束聚变系统中的应用情况，也介绍了在天文光学观测领域典型的多单元变形镜技术及应用成果，随后还介绍了应用于生物医学等领域的紧凑型变形反射镜的发展情况和研究现状。最后介绍了光电所在变形反射镜技术新方向的研究情况。
变形反射镜 自适应光学 波前 deformable mirror adaptive optics wavefront
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
对太阳大气进行大视场高分辨力光学成像观测是开展太阳物理、空间天气等基础与应用研究的重要前提。对于地基太阳望远镜而言，为了消除地球大气湍流对光学系统的影响，自适应光学是高分辨力成像观测必备的技术手段，与此同时，为了突破大气非等晕性对传统自适应光学校正视场的限制，近年来多层共轭自适应光学技术等大视场自适应光学得到极大发展。本文首先梳理国外太阳自适应光学系统研制情况，重点介绍国内太阳自适应光学技术发展及应用情况，并进一步介绍了后续大视场太阳自适应光学技术发展情况以及目前所取得的成果。
太阳观测 自适应光学 多层共轭自适应光学 solar observation adaptive optics multi-conjugate adaptive optics
1 中国科学院 自适应光学重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了满足自适应光学系统校正高阶像差和在低温环境下正常使用的要求, 研制了一块913单元的分立式连续表面变形镜。利用300mm口径Veeco干涉仪对变形镜的部分静态性能进行了面形影响函数测量、面形展平测试和Zernike像差拟合测试, 并利用4-D动态干涉仪测量了变形镜从20℃~-10℃的面形。结果表明, 913单元分立式连续表面变形镜各驱动点的最大变形量为±3.5μm, 相邻驱动器之间的交连值为9.3%; 展平后的镜面面形波峰波谷值为66.0nm, 均方根值为5.0nm; 913单元变形镜对Zernike多项式的拟合能力达到了设计要求; 变形镜的低温镜面变形不影响系统的正常使用。该913单元变形镜能够满足自适应光学系统的实际使用要求。
光学器件 变形镜 性能测试 温度变形 optical devices deformable mirror performance test surface deformation
Author Affiliations
Abstract
1 The Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 The Laboratory on Adaptive Optics, Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A second generation solar adaptive optics (AO) system is built and installed at the 1-m New Vacuum Solar Telescope (NVST) of the Fuxian Solar Observatory (FSO) in 2015. The AO high-order correction system consists of a 151-element deformable mirror (DM), a correlating Shack–Hartmann (SH) wavefront sensor (WFS) with a 3500 Hz frame rate, and a real-time controller. The system saw first light on Mar. 16, 2015. The simultaneous high-resolution photosphere and chromosphere images with AO are obtained. The on-sky observational results show that the contrast and resolution of the images are apparently improved after the wavefront correction by AO.
010.1080 Active or adoptive optics 110.1080 Active or adoptive optics 110.0115 Imaging through turbulent media Chinese Optics Letters
2015, 13(12): 120101
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
如何有效校正随人群起伏很大的人眼像差，提高视网膜高分辨率成像技术的人群适用范围是临床应用面临的最大难题。现有的单一波前校正器无法同时清除高阶和低阶视觉像差。针对人眼高阶像差校正需求，研制成功了169单元3 mm 极间距分立式压电变形镜，并与大行程Bimorph变形镜组合，建立了一套双变形镜的人眼视网膜成像系统。系统可实现对离焦小于±4.5 D、散光小于±3.0 D 的低阶像差及前8阶Zernike像差的有效校正，极大地提高了系统的人群适用范围和成像质量。以低阶像差大小作为入选标准，进行小样本量人眼视网膜成像实验，获得了近衍射极限的视网膜图像。该系统适用范围明确，便于后续临床应用。
自适应光学 变形镜 人眼像差 视网膜成像
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室， 四川 成都 610209
2 中国科学院自适应光学重点实验室， 四川 成都 610209
3 中国科学院研究生院，北京 100049
波前拟合能力分析是变形次镜研制工作的重要组成部分，是基于变形次镜的新型自适应光学系统研制的重要基础。以拟合误差为评价标准，采用有限元计算所得驱动器影响函数对1.8 m望远镜变形次镜四个备选方案进行了泽尼克(Zernike)多项式、Kolmogorov湍流大气畸变相位屏拟合能力分析.结果表明73单元变形次镜波前拟合能力较强，对前44项Zernike多项式拟合误差均小于0.5，对10000幅Kolmogorov湍流大气畸变相位屏拟合误差均值为0.0541。分析了变形次镜不同位置单个驱动失效条件下的波前拟合能力，表明靠近通光口径边缘驱动器失效对变形次镜波前拟合能力影响较大。基于分析结果，确定了变形次镜方案。
自适应光学 望远镜 大气湍流校正 变形次镜 有限元分析 波前拟合能力分析
