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，北京 100049
针对较强天光背景下基于暗弱钠导星的大气波前畸变像差实时探测需求，本文提出了一种综合滤波的主动式波前探测技术，完成了对该技术的理论分析、参数设计及探测能力预估，并将该技术应用于传统哈特曼波前探测器，开展了基于钠导星的大气波前畸变像差探测实验。在约10 W/（m2·sr）的天光背景条件下，实现了基于钠导星同步采样大气波前畸变像差的实时探测。本工作对实际钠导星自适应光学系统应用的工作时段扩展进行了有益尝试。
自适应光学 钠导星 天光背景 波前探测
1 重庆工商大学机械工程学院，制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室，重庆 400067
2 中国人民解放军32037部队，云南 姚安 675300
基于钠导星星群的多层共轭自适应光学（MCAO）系统是目前大口径地基望远镜获得大视场高分辨成像质量的关键部分。其中，钠导星数量及排布方式是影响MCAO系统性能的关键参数。为了明确钠导星星群分布对MCAO系统大气层析效果的影响，首先，根据层析的基本原理，建立了MCAO系统层析两层大气湍流的模型。随后，基于OOMAO仿真平台，验证了3颗钠导星星群对两层大气湍流层析结果。最后，利用视场内斯特列尔比的平均值（）和归一化标准差作为校正效果和均匀性的评价指标，讨论了3~6颗钠导星放置于正多边形顶点或者正多边形顶点结合视场中心的排布方式对湍流层析效果的影响。研究表明，针对丽江高美谷天文台大气条件（550 nm波长大气相干长度为8 cm），10 m口径望远镜视场为1′，大气分为两层的情况，当正多边形的半径大于26″时，钠导星的数量达到4颗就能使系统校正后（H波段）达到0.45。特别地，采用5颗钠导星放置在正五边形顶点并在视场中心放置1颗钠导星的星群方式层析湍流最优，MCAO系统校正后最高，能达到0.53，且系统均匀性较好。
自适应光学 钠导星星群 层析 多层共轭 大口径地基望远镜 中国激光
2023, 50(13): 1310004
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
2022, 51(6): 20220321
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
基于频谱滤波理论和经典大气湍流 7 层模型, 通过地表层自适应光学 (GLAO) 系统的理论滤波器模型, 结合有限导星条件下的误差传递函数 (ETF), 探究了不同导星数量与不同导星排布情况下地表层自适应光学系统的性能。研究结果表明 6 颗导星呈中心 1 颗、其余 5 颗在视场边缘均匀环形分布时, 系统校正性能较优。该研究结果对正在研制的一米新真空太阳望远镜多层共轭自适应光学 (MCAO) 系统 (含有 GLAO 系统) 具有重要指导作用和参考价值。
地表层自适应光学 导星 性能分析 太阳望远镜 ground layer adaptive optics guide star performance analysis solar telescope 大气与环境光学学报
2022, 17(5): 485
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209；中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209；中国科学院大学，北京 100049
2 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209；中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
系外行星的直接成像是当今国际天文学研究的热点，而对潜在的系外行星候选体进行大面积普查将是未来十年天文学的迫切需要。国际上中小型2 m级望远镜上部署的ROBO-AO瑞利激光信标自适应光学系统（AO），可以灵敏而快速地删察系外行星候选体。但瑞利信标高度引起的聚焦非等晕效应是限制其行星探测能力的重要因素。基于1.8 m望远镜61单元钠信标自适应光学系统优化构建系外行星高对比度成像系统，它将在近红外波长范围内提供系外行星的高对比度成像。通过对钠信标AO高对比度成像过程的仿真，发现在理论上，钠信标AO系统的系外行星高对比度成像性能优于ROBO-AO，即在2 h曝光时间内，可以实现与母恒星光通量比为4×10?7的行星的直接成像，而相同环境下，ROBO-AO系外行星直接成像能力为1×10?6，其中行星与恒星的角间距为1''''。
钠信标 高对比度成像 星冕仪 自适应光学系统 sodium laser guide star high-contrast imaging coronagraph adaptive optics system 红外与激光工程
2020, 49(8): 20200058
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室, 上海 201800
2 河北工业大学先进激光技术研究中心, 天津 300401
3 麦考瑞大学, 澳大利亚 悉尼 2109
基于钠层的 589 nm 激光导引星技术, 结合地基光学望远镜自适应光学系统, 可以有效补偿大气扰动造成的光信号波前畸变, 在天文观测、星地激光通信、空间碎片跟踪等诸多领域有着重要的应用前景。介绍了一种新型的 589 nm 钠导星激光器技术:金刚石拉曼钠导星激光器。金刚石晶体超高的热导率和无空间烧孔效应的增益特性是提高激光输出功率和实现单纵模运转的关键, 目前已获得 22 W 的连续波单频钠导星激光器输出。金刚石拉曼激光器技术提供了一种实现高功率钠激光输出的高效方案, 并为高功率微秒脉冲、高重频脉冲、频率啁啾等新型钠导星激光器系统提供了新的思路。
激光技术 钠导星激光器 受激拉曼散射 金刚石拉曼激光器 单频激光器 laser technology sodium guide star laser stimulated Raman scattering diamond Raman laser single frequency laser
1 中国科学院理化技术研究所激光物理与技术研究中心, 北京 100190
2 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
3 中国科学院国家天文台, 北京 100012
地基光学望远镜对天观测时, 大气湍流扰动引起星光波前畸变将导致其实际分辨率远低于物理极限, 这是急需解决的科学技术问题。采用钠信标激光激发海拔 80～105 km 大气电离层中的钠原子可产生高亮度的钠导引星, 可作为信标探测大气对光波的扰动, 再利用自适应光学技术进行校正, 能使望远镜克服大气扰动影响, 获得近衍射极限的分辨率。介绍了钠信标激光的特性与国内外研究进展, 尤其是中国科学院理化技术研究所激光物理与技术研究中心研制的钠 D2 线双峰谱型匹配的微秒脉冲钠信标激光器及其在大型望远镜上的应用情况。
自适应光学 钠信标激光 微秒脉冲激光 钠导引星 adaptive optics sodium beacon laser microsecond pulsed laser sodium laser guide star
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621999
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
高亮度的钠导星是实现大气波前畸变精准探测的重要条件。已有研究表明,钠导星的后向共振荧光散射强度与大气传输效率、地磁场、季节、发射系统参数、接收系统参数和泵浦激光参数等诸多因素密切相关。脉冲型钠导星可有效提高自适应光学系统的波前探测信噪比。在多种激光参数泵浦模式下,开展了脉冲型钠导星回光强度的探测实验。基于高能量多纵模百微秒脉冲钠导星激光泵浦大气钠层,获取了一系列回光强度数据,与理论分析结果比较吻合。实验结果表明:泵浦激光谱线的精密控制是获得钠导星稳定回光强度的重要手段,基于圆偏振光双线展宽泵浦体制的钠导星工作模式是实现高效激发钠层原子并获得高亮度回光的有效途径。
激光光学 泵浦 钠导星 回光强度 偏振 谱线展宽
