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
1 武汉纺织大学 电子与电气工程学院 纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室，湖北 武汉 430200
2 中南民族大学 生物医学工程学院 医学信息分析及肿瘤诊疗湖北省重点实验室，湖北 武汉 430074
在人体运动监测的过程中，膝关节运动信息在中老年慢性疾病的诊断和康复评估方面具有重要意义。研制了一种基于光纤马赫曾德尔干涉曲率传感器（Mach-Zehnder interferometer-based directional bending，MZI-BDB）的膝关节弯曲检测系统。该系统由MZI-BDB传感器、扫频激光光源、光纤耦合器、光纤隔离器、光电探测器及信号处理系统构成。MZI-BDB传感器由偏心光纤和单模光纤错位熔接而成，封装于软硅树脂片内，通过绑带固定于膝关节处。当膝关节屈曲和伸展时，诱导MZI-BDB传感器发生弯曲，传感器内透射光信号干涉场的模场状态发生变化，谐振波长发生漂移，从而对膝关节的弯曲方向和曲率进行监测。MZI-BDB传感器在正向和负向弯曲的测量角度范围为0°~90°；在正向弯曲方向上灵敏度和分辨率分别为5.29 nm/m−1和0.11 m−1；在负向弯曲方向上的灵敏度和分辨率分别为−3.11 nm/m−1和0.12 m−1。实验测试MZI-BDB传感器温度敏感度为0.043 nm/℃，该结果显示传感器对温度的不敏感特性。光电编码器与MZI-BDB传感器同时进行数据的传感采集。实验结果表明：该检测系统和光电编码器验证平台在准确度和响应度上具有一致性。
光纤传感器 偏心光纤 曲率传感器 步态分析 optical fiber sensing eccentric core optical fiber curvature sensor gait analysis 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210195
红外与激光工程
2021, 50(10): 20210224
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 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
针对大口径望远镜光学系统内部空间限制的特点,为了实现失调量校正,提出了一种基于本征系数的失调量解算方法。该方法首先利用波前曲率传感器的原理,通过交替测量前后离焦面的方式采集光斑图。然后,利用无需分区探测的本征函数法进行波前重构,利用本征系数来表征系统波像差,并依据失调量建立灵敏度矩阵模型。最后,根据失调状态与理想状态的本征系数即可求解出失调量。与其他技术途径相比,该方法具有无需添加光学元件、无需分区探测、运算简单的特点。主镜直径为1.8 m的望远镜实验结果表明,当次镜偏心距离范围为-0.9~0.9 mm、倾斜角范围为-0.2°~0.2°时,利用本征系数灵敏度矩阵法得到的计算值的误差均小于10%,对大口径望远镜中的应用具有一定的意义。
光学设计 大口径望远镜 曲率传感器 本征系数 灵敏度矩阵 失调量解算 光学学报
2021, 41(19): 1922001
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
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
波前探测是辅助望远镜装调的主要技术手段,针对大口径光学系统内部空间受限的问题,提出一种基于本征模式系数求解失调量的计算机辅助装调方法。相比传统的灵敏度矩阵法,本文方法计算量小,不需要对探测器进行分区处理,简化了波前重构矩阵的构造。通过分析本征模式系数与次镜失调量的关系,建立两者之间的灵敏度矩阵模型,对1 m口径同轴三反望远镜进行装调仿真,在次镜偏心为±0.3 mm、倾斜为±0.2°的失调范围内,两步迭代实现了像差校正,得到的中心视场波前像差均方根值(RMS)均小于λ/14。该研究对未来大口径光学系统的装调工作有很好的实用价值。
激光与光电子学进展
2021, 58(12): 1211001
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
