中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033
自适应光学技术可以对大气湍流造成的波前误差进行实时校正，是实现大型地基望远镜高分辨率成像的关键技术。随着望远镜口径不断增大，自适应光学系统的校正单元数达到千单元量级。首先从自动控制角度建立了自适应光学系统各电控环节的等效模型，分析了系统延时对控制环节性能的影响。然后介绍了自适应光学电控环节中高压驱动系统的设计问题，从自动控制角度分析了自适应光学系统对高压放大器闭环带宽的需求，给出了分析结果。最后报道了千单元级自适应光学高压驱动系统的集成和测试工作。实验结果表明：本文所设计的高压放大器可以实现120 V输出，-3 dB带宽达到5 000 Hz，所设计的高压驱动系统经过集成后，利用湍流屏等效模拟60 Hz格林伍德频率，校正后的波前残差均值为0.16λ，可以实现千单元级压电变形镜的校正控制。
自适应光学 望远镜 自动控制 高压放大器 adaptive optics telescopes automatic controls high-voltage amplifiers 光学 精密工程
2023, 31(17): 2493
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长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
4 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室, 江苏 南京 210008
光谱观测技术作为空间目标特征信息获取的一种方式,为空间目标表面材料的识别与性能分析提供了重要的解决方法。目前,光学信息采集元件的精密化程度高,因此空间目标观测技术也呈现多样性。基于长春人造卫星观测站1.2 m空间目标光学望远镜,联合推扫式光栅光谱仪、光纤光谱仪、滤波器光谱相机三种终端设备,分别对恒星与空间目标开展观测并获取光谱数据;进一步,通过数据对观测技术进行适应性分析。结果表明:三种方法均适用于恒星和高轨道空间目标的观测,可得到较好的光谱数据;滤波器光谱相机、光纤光谱仪适用于观测低轨道空间目标;而推扫式光栅光谱仪、滤波器光谱相机适用于观测中轨道空间目标。此外,滤波器光谱相机还可为精跟型空间目标光谱数据的获取提供观测参考。对于不同应用环境,对终端成本、光路调试复杂程度、获取光强度、可调整观测波段、数据处理复杂程度的对比分析可作为后续方案的参考。
激光与光电子学进展
2021, 58(22): 2230001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，长春 130033
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 10049
相位差技术可以直接利用两幅或多幅图像的强度信息，重构出波前相位信息和目标清晰图像，具有光路简单、成本较低、适用于扩展目标等优点，在望远镜的系统像差检测和目标图像重建方面得到了大量应用。相位差波前探测的关键在于求解非线性代价函数的最优化问题，需要避免陷入局部极值并降低计算时间，才能满足动态变化波前实时探测的需求。同时在重建目标清晰图像时，通常需要做正则化和去噪处理，来提高重建图像的质量。本文主要介绍相位差技术的基本原理，以及近年来的研究进展，并对该技术未来的发展进行了展望。
相位差 波前探测 图像重建 望远镜 phase diversity wavefront sensing image reconstruction telescopes 强激光与粒子束
2021, 33(8): 081010
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033
3 中国科学院大学, 北京 100049
为使拼接式望远镜的分辨率接近等效口径的衍射极限,各子镜必须具有极高的共面精度。针对拼接式望远镜的共相问题,首先,研究了拼接式望远镜光学共相探测中瞳面共相探测技术和焦面共相探测技术的原理。然后,总结了各项光学共相探测技术的优缺点、适用领域以及未来发展趋势。最后,分别为大平移误差、大倾斜误差的探测问题提供了解决方案。
测量与计量 拼接式望远镜 波前探测 平移误差 倾斜误差 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 230102
1 中国科学院光束控制重点实验室，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
在微弧度级的大型望远镜中，抑制振动已经成为一项非常关键的技术。在微弧度级的大型望远镜中，抑制振动已经成为一项非常关键的技术。经典的反馈控制方法由于图像传感器本身具有采样频率低、积分时间长的特点使得控制回路的带宽受限的原因不能很好地抑制回路中的扰动，尤其是存在范围广、能量较大的宽带扰动。本文基于优化的力设计理念提出一种扰动抑制的 Youla控制器优化设计方法来提高系统的宽带扰动抑制能力。在可以获取到宽带扰动频率的情况下，该方法通过设计合适的 Q滤波器去适应宽带扰动，从而达到抑制扰动的目的。仿真及实验结果表明，相对于传统的比例-积分控制方法，该方法极大地提高了系统的宽带扰动抑制能力，增强了系统的闭环性能。此外，由于此方法模型依赖程度低、易于实现，故可以推广到许多工程实际中。
望远镜 Youla参数化 Q滤波器 宽带扰动抑制 telescopes Youla parameterization Q-filter wide-band vibrations rejection
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
光机系统的优化设计具有效率高、迭代周期短等特点,但对复杂光机系统的优化存在收敛难的问题。设计了一种基于拉丁超立方与径向基函数(RBF)神经网络结合的近似优化算法,并将其应用于带有曲率误差调整机构的拼接式望远镜主镜设计中。仿真结果表明,该算法优化后的主镜达到了设计指标,为解决复杂光机系统迭代时间长的问题提供了新思路。
拼接式望远镜 曲率误差 优化设计 光学学报
2020, 40(20): 2022001
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Dispersed fringe sensors are a promising approach for sensing the large-scale physical step between adjacent segments with acceptable accuracy. However, the nature of dispersion in a dispersed fringe sensor leads to the ideal dispersed fringe pattern becoming vulnerable to noise, particularly at low light levels. A reliable merit-function-based algorithm with an active actuation is introduced here. The feasibility of our algorithm is numerically demonstrated, and Monte Carlo experiments for different signal-to-noise ratios are conducted to assess its robustness. The results show that the method is valid even when the signal-to-noise ratio is as low as 1.
110.6770 Telescopes 220.1140 Alignment 220.1080 Active or adoptive optics 130.6010 Sensors Chinese Optics Letters
2019, 17(12): 121101
