差分波前激光雷达探测大气湍流廓线仿真

差分波前激光雷达是基于双孔望远镜探测的激光回波波前差分抖动方差来探测大气光学湍流强度的雷达系统。为评估与优化系统探测大气湍流的性能,进行了数值仿真。基于波动光学理论、大气湍流相位屏模型和大气消光模型来模拟激光在垂直大气路径上的传输,并结合网格采样的优化设计,得到了激光光束在传播路径上不同位置的光强分布。利用非相干光源成像原理,根据不同传输路径处的后向散射光强分布得到了探测器上两个光斑图像的分布信息。根据仿真结果,随着湍流强度的提高,光束波前畸变程度加深。成像光斑直径随着探测高度的增大而减小,探测高度为10 km时,成像光斑直径减小到2.45×10^(-4)m。通过对比仿真的反演结果与仿真输入的HV5/7(Hufnagel-Valley 5/7)的结果,发现两者具有较高的一致性,这初步证明差分波前激光雷达探测大气湍流的原理及方法的可靠性。

空间引力波探测中的激光干涉多自由度测量技术

在空天探索领域,空间引力波探测是当前国际研究热点,核心技术是测量相距数百万千米的两测试质量间的平动转动等多个自由度,探测灵敏度需要在1 mHz~1 Hz频段达到~1 pm/Hz^(1/2)以及~1 nrad/Hz^(1/2)水平。目前,激光干涉是实现如此远距离的两个物体之间多自由度测量的最精密的手段,本文介绍了面向空间引力波探测的激光外差多自由度超精密测量技术,概述了其光路结构、测量原理、相位信号处理方法,回顾了近三十年国内外相关研究进展,并分析了空间引力波探测中外差干涉测量的噪声源作用机制以及相关研究进展。最后,对激光外差干涉多自由度超精密测量技术的发展趋势和前景作了展望。

四自由度同步外差干涉测量系统设计

针对多自由度测量技术中存在的测量范围有限、精度低和阿贝误差等问题,设计了一种大行程、高精度、可溯源、四自由度同时测量的外差干涉测量系统。采用碘稳频532 nm固体激光器作为测量仪光源,结合光纤耦合技术对双频光进行空间分离。使用差分波前传感技术实现位移、俯仰角和偏转角的同步检测,并采用楔面棱镜测量直线度的变化。该测量系统可以抑制双频光混叠引起的非线性误差,行程范围为6 m,位移分辨率为0.13 nm,俯仰角和偏转角分辨率为0.026μrad,直线度分辨率为14.88 nm,测量结果具有可溯源性。

Accelerating f inite difference wavef ield-continuation depth migration by GPU

The most popular hardware used for parallel depth migration is the PC-Cluster but its application is limited due to large space occupation and high power consumption. In this paper, we introduce a new hardware architecture, based on which the finite difference （FD） wavefield-continuation depth migration can be conducted using the Graphics Processing Unit （GPU） as a CPU coprocessor. We demonstrate the program module and three key optimization steps for implementing FD depth migration： memory, thread structure, and instruction optimizations and consider evaluation methods for the amount of optimization. 2D and 3D models are used to test depth migration on the GPU. The tested results show that the depth migration computational efficiency greatly increased using the general-purpose GPU, increasing by at least 25 times compared to the AMD 2.5 GHz CPU.

基于差分方法的高精度球面调整误差校正

针对高精度球面检测中待测球面调整误差所引入的高阶像差影响,提出了一种基于差分方法的高精度调整误差校正方法。通过对待测球面分别引入两个不同的波前离焦量,对测得的波面数据取差分,由此得到测量中调整误差所引入的高阶像差,并将其从面形数据中分离出来,进而实现高精度的球面调整误差校正。通过Zygo干涉仪对提出方法的可行性进行了实验验证,并给出了实验结果。测量中,对大数值孔径待测球面同时引入波前离焦和倾斜,运用本文方法实现调整误差的校正精度达到了均方根(RMS)为0.001 5λ和峰谷(PV)为0.018 9λ。本文方法无需了解检测系统或待测球面的任何先验信息,并可有效降低对待测球面调整的要求,在实际的高精度球面检测中有很好的适用性。