华东交通大学 智能机电装备创新研究院, 江西 南昌330013
鉴于单块口径的光学望远镜不能无限增大，采用拼接镜技术才能造出10 m以上口径的光学望远镜，因此，拼接镜的共相检测技术成为了拼接过程和维持镜面质量的关键技术。针对目前最被接受的宽窄带夏克哈特曼法，本文提出使用宽波段（400~700 nm）光源的非相干性和相干性相结合方式实现250 nm粗共相，以及10 nm精共相，以此解决由于目标流量过低而引起测量时间过长的问题。即在粗共相时，以两个半圆孔的非相干衍射图样为模板，白光为光源，采用互相关算法计算互相关系数的值，通过设置合理的互相关系数阈值，以实现无限制的检测范围和0.25 μm 的检测精度；精共相时，以白光为光源、采用以一幅相干衍射图案（理想白光艾里斑）为模板的方式替代多幅不同平移误差下的相干衍射图案为模板方式，实现0.27 μm量程、0.01 μm以上精度的共相检测。对该共相方法进行了理论和仿真分析，结果表明：该新型共相检测方法的检测量程为无限量程，检测精度能达到 10 nm以上，该方法适用于拼接镜粗精共相的检测。
天文光学 望远镜 子孔衍射 共相检测 astronomical optics telescopes sub-aperture phase measurement
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京100049
用于天文高分辨光谱波长定标的法布里-珀罗标准具(FPE)具有宽波长覆盖与密集透过峰序列的光谱,有望实现比传统定标源更高的波长定标精度。然而FPE透过峰波长是未知的,这为定标带来了挑战。本研究在不借助额外精密测量设备(如傅里叶变换光谱仪)情况下,使用天文高分辨光谱仪常规定标源钍氩灯(ThAr)为FPE提供波长信息,再利用FPE密集的透过峰序列以及电介质反射膜穿透深度与波长关系的平滑性质,修正波长信息中的误差,得到FPE透过峰精确的波长并完成波长定标。在兴隆2.16 m望远镜高分辨光纤光谱仪上的定标测试显示,FPE的波长定标精度达到0.053 pm,相比单独使用ThAr的波长定标精度(0.290 pm)有显著的提高。
为了减小导航星库容量,提出了一种星敏感器导航星筛选算法。将在全天球上生成的均匀分布的光轴随机矢量作为蒙特卡罗实施样本,将每个光轴矢量确定的外接圆视场内的亮星依次作为星子集,将星子集在建星库中没有的星增补进在建星库,并丢弃重复星,遍历所有实施样本后即得到导航星库。仿真条件如下：星敏感器视场为15°×15°,极限星等为5.6 m,星间角距阈值为1°,星图匹配环节所需导航星数为15。此算法构建的导航星库改善了导航星分布的均匀性,在适应星图匹配的充要性意义上,星库中的导航星数达到最少,进而减少了匹配模式库的条数,降低了内存需求,这对星敏感器设计具有工程实用价值。
天文光学 天文导航 星敏感器 导航星库 光轴随机矢量 激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0135001
华东交通大学 机电与车辆工程学院, 江西 南昌 330013
拼接镜共相检测技术是拼接过程和维持镜面质量关键技术之一, 定量测量平移误差(piston)是指导拼接确定性调整的依据, 也是拼接镜面成像质量、望远镜角分辨率的根本保证。为了实现拼接镜平移误差的大量程、高精度检测, 提出了新型双波长共相检测算法, 并基于圆孔衍射与双波长检测理论, 推导得到了双波检测理论量程与波长之间的关系式以及选取模板间隔的最大值与波长之间关系式。在双波长检测中, 针对两半圆间远场图案存在偏心、间隙误差和相机噪声等拼接误差, 理论和仿真分析了间隙误差、偏心误差和相机噪声对双波长检测精度的影响。得到了间隙误差需小于0.2r, 偏心误差需小于0.2r, 信噪比需大于30时, 双波长检测才不会出现误检测。该分析为以后双波长检测实验中误差的选取提供了借鉴。
天文光学 望远镜 圆孔衍射 相位测量 astronomical optics telescope circular diffraction phase measurement 红外与激光工程
2019, 48(8): 0813004
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory for Quantum Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
The resolution of a conventional imaging system based on first-order field correlation can be directly obtained from the optical transfer function. However, it is challenging to determine the resolution of an imaging system through random media, including imaging through scattering media and imaging through randomly inhomogeneous media, since the point-to-point correspondence between the object and the image plane in these systems cannot be established by the first-order field correlation anymore. In this Letter, from the perspective of ghost imaging, we demonstrate for the first time, to the best of our knowledge, that the point-to-point correspondence in these imaging systems can be quantitatively recovered from the second-order correlation of light fields, and the imaging capability, such as resolution, of such imaging schemes can thus be derived by analyzing second-order autocorrelation of the optical transfer function. Based on this theoretical analysis, we propose a lensless Wiener–Khinchin telescope based on second-order spatial autocorrelation of thermal light, which can acquire the image of an object by a snapshot via using a spatial random phase modulator. As an incoherent imaging approach illuminated by thermal light, the lensless Wiener–Khinchin telescope can be applied in many fields such as X-ray astronomical observations.
110.1758 Computational imaging 110.6150 Speckle imaging 350.1260 Astronomical optics 290.5825 Scattering theory Chinese Optics Letters
2019, 17(9): 091101
华东交通大学 机电学院, 江西 南昌 330013
为了实现拼接镜平移误差的大量程、快速检测, 提出了一种利用白光(400~700 nm)远场光斑相干性来检测拼接镜piston误差的方法。该方法以两半圆孔间的非相干衍射图案为模板, 利用互相关算法求解实际衍射图案与模板图案间的互相关系数, 通过设定0.85阈值, 实现拼接镜piston误差的粗共相检测。搭建了一套室内拼接镜的主动共相检测实验光路系统, 其中拼接镜是由4块对边长为100 mm, 曲率半径为2 000 mm的正六边形球面反射镜组成, 利用白光(400~700 nm)远场光斑相干性测量拼接主镜各子镜间平移误差的方法进行了理论与仿真分析。利用波前探测器和主动光学技术实现了拼接镜精共焦误差的检测与调节, 通过远场光斑相干性和主动光学技术实现了粗共相的检测和调节。实验表明: 该方法耗时短、能量利用率高, 可实现无限量程、±250 nm精度的检测和调节, 适合拼接镜的粗共相检测和调节。
天文光学 望远镜 主动光学 共相检测 astronomical optics telescope active or adaptive optics co-phasing detection 光学 精密工程
2018, 26(11): 2647
中国科学院上海天文台 光学天文技术研究室,上海200030
针对空间光干涉望远镜提出了一种基于四棱锥波前传感器的相位平移误差检测与闭环校正方法.该方法依次在三种不同波长条件下, 用四棱锥传感器检测两两子镜间的平移误差, 并依据实时测量结果控制子镜产生相应的校正平移量, 直到将平移误差校正到所用半波长的整数倍, 而后根据已知的波长数据和子镜平移量数据计算得到真实的平移误差, 进而对平移误差进行闭环校正.以两个子镜构成的空间望远镜为研究对象, 对该检测与闭环校正方法进行了仿真验证.仿真结果表明, 该方法可在500 μm范围内对相位平移误差进行准确闭环校正, 具有纳米级的精度与良好的重复性.
天文光学 望远镜 共相 空间望远镜 干涉 四棱锥 Astronomical optics Space telescope Co-phasing Interferometry Pyramid 光子学报
2018, 47(11): 1128002
1 华东交通大学 机电学院, 南昌, 330013
2 中国科学院自适应光学重点实验室, 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
4 中国科学院大学, 北京 100049
针对拼接型天文望远镜主镜的共相检测问题, 对宽窄带夏克哈特曼检测法在拼接主镜各子镜间平移误差的测量进行了理论与仿真分析, 并搭建了一套室内拼接镜的主动共相检测实验光路系统, 其中拼接镜是由4块对边长为100 mm、曲率半径为2 000 mm的正六边形球面反射镜组成.首先, 利用夏克波前探测器进行了拼接镜的精共焦误差的检测, 通过主动光学技术控制压电陶瓷促动器, 实现了拼接镜的精共焦的调节; 然后通过宽带共相检测实现了粗共相的检测; 最后, 通过窄带共相检测实现了精共相的检测, 并通过主动光学技术控制压电陶瓷促动器, 实现了共相的调节.实验表明：宽窄带夏克哈特曼检测法对拼接子镜平移误差测量量程达到几十微米, 共相检测精度达到15 nm, 满足拼接镜对平移误差的测量要求.
天文光学 望远镜 子孔衍射 拼接镜 共相 主动光学 Astronomical optics Telescope Subaperture diffraction Segmented mirror Cophasing Active or adaptive optics
