自適應(yīng)光學(xué)是目前解決大氣湍流干擾、恢復(fù)地基望遠(yuǎn)鏡光學(xué)衍射極限分辨率成像的不可或缺的技術(shù)。但是系統(tǒng)中的核心——變形鏡波前校正器受限于機(jī)械制作工藝其驅(qū)動單元數(shù)很難超過200,一旦超過則成本非線性劇增,使2米以上大口徑望遠(yuǎn)鏡在可見光波段的波前自適應(yīng)校正成像成為很棘手的問題。近年出現(xiàn)的電子學(xué)元件液晶波前校正器以高密度像素為驅(qū)動單元,很容易就能達(dá)到千單元變形鏡的波前校正密度,且成本比200單元變形鏡的成本還低,成為自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域極有希望的校正器新星。但由于液晶波前校正器在紅外長波波段響應(yīng)速度慢、可見光短波段色散又很嚴(yán)重,導(dǎo)致其工作波段較窄,一般在700nm-950nm波段,難于滿足多波段自適應(yīng)校正成像的需求。本研究依據(jù)大氣湍流在短波段劇烈而在長波段大幅減輕的規(guī)律,結(jié)合變形鏡和液晶校正器的優(yōu)勢組成雙校正器級聯(lián)自適應(yīng)系統(tǒng),前者校正長波段中的低階波前畸變、后者校正短波段中的高階波前畸變,可以解決2米以上大口徑望遠(yuǎn)鏡的700nm以后波長的寬波段自適應(yīng)校正成像問題,且成本低廉。更重要的是級聯(lián)系統(tǒng)可將變形鏡的工作短波限推移250nm,而這一段太陽光譜的能量要比其紅外譜段的能量強(qiáng)得多,是極其重要的成像探測波段... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)吉林省

【文章頁數(shù)】：102 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

改進(jìn)的液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)光路

因此對于變形鏡和液晶校正器波前校正器而言,單獨(dú)用多個(gè)變形鏡或者液晶校正器串聯(lián)組成的自適應(yīng)系統(tǒng),仍然無法完美的實(shí)現(xiàn)大口徑望遠(yuǎn)鏡在寬波段的自適應(yīng)校正成像問題。為了解決這一問題,如果將變形鏡和液晶校正器組合作為波前校正器件,利用變形鏡無色散及液晶校正器空間分辨率高等的優(yōu)勢,理論上是可以實(shí)現(xiàn)大口徑寬波段的自適應(yīng)校正成像的。如圖1.10所示,利用S-H波前探測器對畸變像差進(jìn)行探測,并分解為高階和低階像差,由于液晶校正器具有超高的校正單元,且工作波段一般局限于700-950nm波段,因此用其作為高階校正器對700-950nm波段的高階像差進(jìn)行校正,另外選用一驅(qū)動器數(shù)目較少的變形鏡對950nm后的紅外長波波段的低階像差進(jìn)行校正,以此實(shí)現(xiàn)對紅外波段高階像差的校正,這樣結(jié)合兩種校正氣的優(yōu)勢便可以實(shí)現(xiàn)對大口徑望遠(yuǎn)鏡的較寬波段的自適應(yīng)校正。根據(jù)這一設(shè)想,2016年我研究組利用一145單元的變形鏡和256x256像素的液晶校正器,設(shè)計(jì)并搭建了一套針對2米望遠(yuǎn)鏡的液晶-變形鏡的高低階自適應(yīng)光學(xué)校正系統(tǒng)[16]。該系統(tǒng)用變形鏡對紅外波段的低階像差進(jìn)行校正,利用液晶校正器對700-950nm波段的高階像差進(jìn)行了靜態(tài)湍流的校正,經(jīng)過校正后的波前分別在紅外和可見相機(jī)進(jìn)行成像。經(jīng)過校正,在靜態(tài)湍流下,紅外1.5-1.7μm波段基本達(dá)到了衍射極限,0.95-1.5μm波段達(dá)到了1.2倍衍射極限,0.7-0.95的可見波段達(dá)到了1.1倍衍射極限[17]�？梢钥闯�,基于變形鏡-液晶校正器的級聯(lián)自適應(yīng)系統(tǒng)有望解決大口徑寬波段自適應(yīng)校正成像的問題,但并未能實(shí)現(xiàn)對動態(tài)湍流的校正及成像。變形鏡和液晶校正器作為兩種完全不同的波前校正器,其對波前重構(gòu)的方法是不同的,在波前像差分配、重構(gòu)及像差耦合等方面仍然存在一些問題亟需解決,這對提高波前校正精度及實(shí)現(xiàn)對動態(tài)湍流的校正十分重要。

1995年中國科學(xué)光電技術(shù)研究院的研究人員用變形鏡的響應(yīng)函數(shù)構(gòu)建了其本征模式,并對構(gòu)建過程及本征模式的性質(zhì)給出來了說明[67]。如圖1.10所示為一37單元的變形鏡的部分本征模式面型圖,可以看出,類似于Zernike模式,隨著模式數(shù)的增加,本征模式的空間頻率逐漸增大。1998年3月,在夏威夷自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)會議上,聯(lián)合技術(shù)自適應(yīng)光學(xué)協(xié)會提出了一種低成本的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),其中的變形鏡便是采用本征模式進(jìn)行波前復(fù)原的,并給出了用此系統(tǒng)產(chǎn)生的離焦和慧差的波前及遠(yuǎn)場光點(diǎn)圖[68]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]液晶—變形鏡的高低階式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)研究[D]. 孫飛.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 2017
[2]提高液晶自適應(yīng)系統(tǒng)校正效果的研究[D]. 張杏云.中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2015

碩士論文
[1]液晶波前校正器和變形鏡高低階自適應(yīng)校正方法的初探[D]. 張亞超.中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2014



本文編號：3264490