利用四棱锥传感器检测光学拼接镜的法向光程差

研制光学天文望远镜拼接主镜时,需要精确检测各子镜单元之间的法向光程差。在对四棱锥波前检测原理分析的基础上,通过反射立方体模拟拼接镜面,开展四棱锥传感器的检测实验,验证了四棱锥传感器检测信号和拼接镜子单元间的piston误差信号之间存在确定的函数关系。在一个波长的位移行程内,目前可以达到数十纳米的测量精度。

合成孔径系统平移误差的四棱锥传感器检测方法

为了使若干拼接子孔径能够按设计目标组合为等效大口径望远镜,各子孔径必须达到光学的同相位。提出了一种基于四棱锥传感器的共相方法,通过实验标定拟合传感器信号和平移误差的正弦关系,反求平移误差。实验结果表明:平移误差的测量值和真实值基本符合线性关系,拟合后均方根误差约为19.2 nm,平移误差的测量值能够客观准确地反映实际误差。在此基础上,对7孔径拼接镜进行了近共相校正,校正后分辨率提高了近6倍,与传统方法相比,所提方法具有结构简单、响应速度快、光能利用率高等优点。

基于相位恢复的无调制四棱锥波前传感器

四棱锥波前传感器具有能量利用率高和空间采样率高的优点,已成功应用于天文自适应光学、镜面检测及显微成像等领域。提出一种新的无调制四棱锥波前传感器,根据四棱锥波前传感器的光场传播模型,利用相位恢复算法迭代优化出待测波前。入射光经四棱锥锥尖分光后会聚所得的子光瞳像为相位恢复算法提供了丰富的信息,使其收敛速度加快。数值模拟结果表明,基于相位恢复的四棱锥波前传感器具有精度高、收敛速度快、抗噪性好等特点,并且无需调制便能获得较大的动态范围。

无调制四棱锥波前传感器的光瞳像标定方法

四棱锥波前传感器具有空间采样率高和光能利用率高等优点。要准确地从光瞳像中提取待测波前的斜率信息,需要事先对光瞳像的尺寸和位置进行标定。分析了光瞳像尺寸标定误差和位置标定误差对自适应光学系统闭环校正效果的影响。提出了一种对无调制四棱锥波前传感器光瞳像进行标定的方法,并在考虑系统像差和探测噪声的条件下对该方法进行了多次仿真实验验证。分析结果表明,即使系统存在像差(均方根小于1.7λ),该方法仍可以对光瞳像的尺寸和位置进行准确标定。该方法可应用于实际自适应光学系统。

层向多层共轭自适应光学系统的模拟

单层校正自适应光学系统只能在较小视场范围内对大气湍流进行有效校正,多层共轭自适应光学技术可以突破这种限制。介绍了层向多层共轭自适应光学系统基本结构及工作原理,研究了层向多层共轭自适应光学系统的模拟,内容包括:如何产生动态大气湍流波前数据、基于四棱锥波前传感器的波前复原算法、基于模式法的变形镜闭环校正控制过程等。对单层和两层的层向共轭自适应光学系统进行了模拟仿真,仿真结果表明:层向多层共轭自适应光学系统采用了更多的导星来校正两层大气湍流,比单层校正自适应光学系统具有更大的校正视场和更好的校正效果。