摘要：为了实现大气湍流参数的实时估计,提出并设计了一种基于FPGA和DSP技术的自适应光学系统在线大气参数测量平台。该测量平台采用FPGA作为前端处理器,在自适应光学系统闭环工作时,利用多通道并行技术和流水线技术从闭环数据高速复原开环泽尼克系数,采用DSP作为后端处理器,根据复原的开环泽尼克系数,利用其编程灵活的特点实现大气相干长度r0、外尺度L0、风速v和相干时间t0的复杂统计运算。最后将该测量平台应用在127单元的自适应光学系统上,以实际天文恒星为观测目标,进行了大气湍流参数的测量。

摘要：综合考虑非线性气温环境和主镜视宁度表面"气刀"强制对流换热,对地基望远镜主镜瞬态温度场理论模型进行研究,结合分离变量法和格林函数法求解出温度场的解析表达式。以4m主镜为例,运用温度场理论模型解析解,对主镜视宁度进行了分析计算。分析了"气刀"对主镜视宁度的改善效果;讨论了"气刀"风速与主镜视宁度的关系;分析了不同径厚比对主镜视宁度的影响。利用有限元方法分析4m主镜温度场,与所推导的温度场理论结果进行比较,二者获得了较好的一致性。主镜温度场理论解在望远镜主镜设计中具有普适的应用价值。

摘要：根据哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)传感器工作的基本原理设计了一种角膜地形图测量仪,并在此基础上建立了一套基于哈特曼-夏克传感器的角膜地形图测量系统。该系统的工作原理是使用会聚光束照射到角膜的外表面,通过哈特曼-夏克传感器采集包含角膜面形信息的角膜表面反射光,而后通过角膜地形图复原计算获得角膜地形图数据。详细介绍了该仪器用于角膜测量的操作过程,并对该测量仪器的面形复原精度进行了测试。结果显示,与Zygo干涉仪的测量结果相比,角膜地形图测量仪复原面形的误差低于0.0818λ均方根(RMS)。最后使用该仪器实际测量了健康成年人眼角膜,获得了实际角膜地形图的数据。

摘要：为了获取优异的光学图像质量,大口径天文望远镜通常采用主动支撑结构以校正主镜面形误差。对望远镜主镜支撑系统所需的气压驱动器进行了研究。基于气动原理设计了一种采用滚动膜片结构的气压力驱动器,其中滚动膜片结构用于消除摩擦力的影响,滚珠式力解耦器用于消除侧向力、弯矩的影响。进一步设计了针对气压驱动器带死区的比例-积分-微分(PID)控制算法,以实现对气压驱动器的闭环控制。实验结果表明:气压力驱动器可精确提供主镜控制所需的支撑力,在望远镜高角变化速度达到2°/s时,输出支撑力范围为0～1000N,驱动器支撑力误差仅为满量程的±0.4%。设计的气压驱动器可实现主动支撑力的快速精确输出,能满足天文望远镜主镜主动支撑需求。

摘要：介绍了随机并行梯度下降(SPGD)算法,并设计了基于此算法的两路主振荡并联放大相干合成(MOPA-CBC)实验系统。该系统采用10 W级掺镱光纤放大器引入相位误差,同时采用铌酸锂相位调制器进行校正。开环时,分析了放大器工作在不同状态下系统中的相位噪声。闭环后,得到了稳定的相干合成光束,合成光束的平均亮度提高到之前的1.5倍,相位平移峰谷(PV)值降低到100.8 nm,系统校正精度达到1/(10λ),控制带宽约为100 Hz。实验结果表明,SPGD算法能有效地发挥锁相控制功能。

摘要：自适应光学系统在高分辨力成像望远镜中发挥了重要作用。自适应光学系统对于望远镜系统中的低阶像差几乎可以完全校正,但是会牺牲变形镜的校正行程量;对于中高阶像差,自适应光学系统不能完全校正,如何减小高阶残余误差是望远镜系统设计需要考虑的问题之一。本文首先分析了望远镜光学结构中的主镜结构、次镜遮拦、次镜支撑筋、主次镜装调和光学加工等静态和准静态像差情况,然后分析了这些因素如何影响自适应光学校正能力,最后给出了对望远镜光学结构的要求。

摘要：提出了一种迭代算法,该算法基于G-S算法,利用光束角谱传播公式迭代出补偿近场光强分布所需的相位,使光束近场的场强得到控制。在此算法的基础上,设计一套自适应光学系统以实现对光束近场场强的控制,并通过数值模拟和实验验证了该方法的可行性。实验结果表明,经过自适应系统校正后近场光强分布与理想光强分布的振幅相似度ε值从未校正前的0.718提高到0.966,表明系统对光束的近场场强控制有较好效果。

摘要：提出了地基望远镜主镜在环境温度变化时的温度场理论模型,结合分离变量法和格林函数法求解出温度场的解析表达式。运用温度场理论解,分别以熔石英和BK7两种常用材料为例,在特定环境条件下,定量分析了传统主镜和薄主镜的主镜视宁度与主镜口径之间的关系;针对4m口径的传统主镜和薄主镜定量分析了其主镜视宁度与周围空气温度下降斜率的关系。地基望远镜主镜温度场理论计算的结果在主镜设计阶段对主镜视宁度的估量具有较大的参考价值。主镜温度场理论解还可以运用于各种口径及材料的主镜热变形及热应力计算等方面,具有普适的参考价值。

摘要：针对无波前探测自适应光学提出一种基于正交模式扰动梯度下降(OP_GD)算法的控制技术。通过与串行扰动梯度下降算法和随机并行梯度下降(SPGD)算法对比,分析了该算法的可行性和收敛速度。在此基础上,采用液晶空间光调制器(LC_SLM)作为波前校正器,建立了基于该控制技术的自适应光学实验装置,实验研究了算法的收敛特性。实验结果表明,正交模式扰动梯度下降算法具有很好的全局收敛性,其收敛速度和SPGD算法相当。但是与SPGD算法相比,正交模式扰动梯度下降算法无需设计伪随机序列发生器,因此硬件实现更加容易。

摘要：对基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的自适应光学(AO)系统带宽进行了理论研究和实验分析。首先通过分析算法的随机扰动特性,研究了算法收敛速度与波前校正器单元数之间的关系。在此基础上,通过与基于哈特曼-夏克(H-S)波前传感器的传统自适应光学系统相对比,对基于SPGD算法的自适应光学系统带宽进行了理论分析,并通过动态波前畸变校正实验进行了实验验证,实验结果与带宽理论分析基本一致。研究结果为设计和合理应用基于SPGD算法的自适应光学系统提供了依据。