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 吉林省智能波前传感与控制重点实验室，吉林 长春 130033
为了更好地对大口径稀疏孔径望远镜进行共焦调控，利用曲率传感方法非干涉、大范围、波段鲁棒的特点。首先，利用近场电磁波的传输方程分析了稀疏孔径望远镜共焦调控的基本原理。其次，结合曲率传感理论，进行了稀疏孔径望远镜共焦调控误差分析。再次，对于曲率传感稀疏孔径望远镜共焦检测的可行性进行了分析与实验。之后，利用桌面实验实现了大口径稀疏孔径望远镜共焦检测的原理贯通。最终，波前倾斜探测结果与原始波前相比，相关性从0.26上升至0.83。利用曲率传感可实现20个波长范围的共焦测量，避免了传统方法对像点进行多次移动标校以及逐个调节的缺点。文中实现了大通量共焦误差感知与收敛调控，为未来大口径稀疏孔径望远镜的建设打下技术基础。
曲率传感 波前像差 稀疏孔径望远镜 共焦 curvature sensing wavefront aberration sparse aperture telescope co-focus 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230050
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 吉林省智能波前传感与控制重点实验室, 吉林 长春 130033
3 哈尔滨工业大学, 黑龙江 哈尔滨150001
通过对望远镜进行曲率波前感知，以更好地实现主焦巡天望远镜的集成检测。首先，利用傅立叶光学理论分析了主焦巡天望远镜曲率传感过程以及多环节动态稳定性传递基本原理。其次，对主焦巡天望远镜集成检测中的静态校正与动面形测量过程进行误差分析。然后，分析了调节过程中的自由度锁定。最后，通过实验实现了集成检测过程的原理贯通。所获得的波前探测残差优于0.08λ(λ=633 nm)。空间分辨率为0.1 m，时间分辨率为0.2 Hz。本方法可有效提升主焦点大口径大视场望远镜的成像质量，利用曲率传感非干涉、高鲁棒的特点，降低了集成检测过程对外界环境稳定性的需求，为未来更加精细的时域天文学观测提供助力。
曲率传感 波前像差 主焦巡天望远镜 集成检测 curvature sensing wavefront aberration main focus telescope integrated detection
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
3 吉林省智能波前传感与控制重点实验室，吉林 长春 130033
4 哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150001
大口径巡天望远镜需要基于波前传感系统的反馈，进行主动光学闭环校正，以更好地发挥其极限探测能力。本文面向大口径巡天望远镜波前传感过程中，离焦星点像重合所导致的导星数量下降的问题，首先针对分区域曲率传感的基本理论表达进行了推导，之后，通过建立联合仿真模型，利用光学设计软件与数值计算软件之间的通讯交互，对分区域曲率传感的过程进行了仿真分析。最后，通过搭建桌面实验，分别就单目标与多目标的曲率传感进行了交叉比对，验证了算法的正确性。针对标准波前，本文所提出的方法与单导星曲率传感相比，误差为0.02个工作波长（RMS），误差在10%以内，可在传统主动光学技术的基础上，通过扩展可用导星，提升探测信噪比与采样速度，有效提升主动光学系统校正能力。
大口径巡天望远镜 主动光学 曲率传感 自然导星 large aperture survey telescope active optics curvature sensing natural guide star 红外与激光工程
2021, 50(10): 20210224
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
随着光学元件的口径增加，无论是在加工检测还是在站址观测过程中，镜面视宁度的影响已经越来越难以忽略。在此情况下，研究可以定量测量镜面视宁度的方法与设备就显得十分重要。基于曲率/斜率混合传感策略，结合冷冻湍流假设实现镜面视宁度评价在时-空域上的转化，实现对镜面视宁度大动态范围的检测。首先，对曲率/斜率混合传感的基本方法进行了理论推导，并以标准化点源敏感性作为评价指标进一步分析了检测过程中的镜面视宁度变化。实验结果显示，在热扰动流场较为均匀时，镜面视宁度的影响较流场反复变化时小，由于湍流不稳定所引入点源敏感性（PSSn）为0.971 8。实验结果证明基于曲率/斜率混合传感的方法可以定量分析大口径光学元件镜面视宁度，对于后续开展的大口径系统设计优化与检测加工具有很好的指导意义。
大口径光学系统 镜面视宁度 曲率传感 波前斜率 large optics system mirror seeing curvature sensing wavefront slope 红外与激光工程
2021, 50(7): 20200419
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of High Performance Complex Manufacturing, College of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China
A novel fiber inline Mach-Zehnder interferometer (MZI) is proposed for simultaneous measurement of curvature and temperature. The sensor composes of single mode-multimode-dispersion compensation-multimode-single mode fiber (MMF-DCF-MMF) structure, using the direct fusion technology. The experimental results show curvature sensitivities of -12.82 nm/m-1 and -14.42 nm/m-1 in the range of 0 - 0.65 m-1 for two resonant dips, as well as temperature sensitivities of 57.6 pm/℃ and 74.3 pm/℃ within the range of 20 ℃ - 150 ℃. In addition, the sensor has unique advantages of easy fabrication, low cost, high fringe visibility of 24 dB, and high sensitivity, which shows a good application prospect in dual-parameters of sensing of curvature and temperature.
Mach-Zehnder interferometer curvature sensing temperature sensing simultaneous sensing Photonic Sensors
2020, 10(2): 171
广西师范大学物理科学与技术学院, 广西 桂林 541004
提出一种基于七芯光纤和保偏光纤结构的光纤曲率传感器,该传感器先将一段七芯光纤和保偏光纤对芯熔接,然后在其两端熔接普通单模光纤分别作为输入和输出光纤。实验研究了七芯光纤长度分别为80,100,120 mm的三种传感器的曲率特性,结果表明:当曲率增大时,传感器的透射谱发生明显的红移现象,因此通过监测透射谱谐振波谷波长的漂移可实现曲率的测量。传感器的曲率灵敏度随着七芯光纤长度的增加而增大,在七芯光纤长度为120 mm时传感器获得最大的灵敏度,为17.31 nm/m -1。但温度特性实验表明该长度下的传感器对温度具有较高的灵敏度,故在实际应用中,为避免温度对测量结果的影响,可选择温度灵敏度最低、七芯光纤长度为100 mm的传感器进行曲率测量,该长度下的最大曲率灵敏度为16.79 nm/m -1。与其他光纤结构传感器相比,所提出的传感器具有制作简单、价格低廉、消光比高等优点,可用于土木工程等领域。
光纤光学 曲率传感 多芯光纤 保偏光纤 激光与光电子学进展
2020, 57(17): 170605
1 西南交通大学信息科学与技术学院, 四川 成都 611756
2 ITEAM Research Institute, Universitat Politècnica de València, Valencia 46022, Spain
设计了一种多芯光纤Bragg光栅曲率传感器, 并采用匹配滤波技术实现曲率解调。多芯光纤Bragg光栅曲率传感器是通过在多芯光纤的两个中心对称纤芯中写入Bragg光栅实现的。两个光纤Bragg光栅具有相似的反射谱和中心波长, 当多芯光纤发生弯曲时, 两个光纤Bragg光栅的反射谱叠加区域将发生改变。将两个光纤Bragg光栅构造成匹配滤波模式, 则两个光纤Bragg光栅反射谱的叠加区域面积决定了输出信号的光强, 而叠加区域的面积与光纤曲率有关。因此, 通过测量匹配滤波信号的功率可以实现曲率解调。结果表明, 匹配滤波技术能有效解调多芯光纤Bragg光栅曲率传感器, 最大曲率解调灵敏度为0.78 mW·m-1。此外, 测量了多芯光纤Bragg光栅曲率传感器在不同轴向应变和环境温度下的解调性能, 结果表明, 该曲率解调系统具有很强的抵抗外界环境波动的能力。
传感器 曲率传感 匹配滤波解调 多芯光纤布拉格光栅
1 华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山 063009
2 华北理工大学图书馆, 河北 唐山 063009
3 中国科学院光电技术研究所自适应光学实验室, 四川 成都 610209
针对波前曲率传感自适应光学，对比分析了直接拟合法和拉普拉斯算子本征模式法两种闭环控制方法。简要分析了两种方法的基本原理，并建立了36 单元曲率型自适应光学仿真模型，进行了大气湍流波前畸变闭环校正数值仿真。结果表明，与直接拟合法相比，存在最佳模式数量使得拉普拉斯算子本征模式法具有更高的稳定性和精度；尤其是当波前畸变较大时，直接拟合法的稳定性和校正精度明显变差。
自适应光学 曲率传感 波前控制 拉普拉斯算子本征模式
