1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
提出一种环形非稳腔结构,该结构将传统驻波非稳腔腔内的非共轭像差校正转换为共轭像差校正。搭建了百瓦级环形非稳腔Nd∶YAG板条激光器,采用59单元自适应光学系统对腔内像差进行校正。利用980 nm参考光束和 Shack-Hartmann波前传感器测量腔内像差,采用加权最小二乘法复原波前像差,最后用倾斜镜和变形镜进行校正。最终在低抽运功率下将输出功率从105.8 W提高到113.1 W,光束质量β因子从6.98优化到2.33。该研究为环形非稳腔应用于高功率固体激光器并获取高输出光束质量提供了一种技术途径。
激光光学 环形非稳腔 Nd∶YAG; 板条激光器 自适应光学
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
高功率固体板条激光器的光束质量严重受限于增益介质热效应等多种因素。如何同时获得高平均功率和高光束质量是激光发展过程中面临的一个基本物理问题。自适应光学技术能够有效补偿固体板条激光系统输出光束的静态和动态像差，是改善光束质量的有效手段。近年来中国科学院光电技术研究所掌握了低阶像差补偿器、加权优化波前复原方法、通用波前处理机等关键技术，为国内多个固体板条激光系统研制了二十余套自适应光学光束净化系统，显著改善了光束质量，保障了上述激光系统的有效运用。
自适应光学 固体板条激光器 光束质量 adaptive optics solid-state slab laser beam quality
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 宜宾学院 物理与电子工程学院, 四川 宜宾 644000
为提高薄膜菲涅耳透镜成像性能, 采用无波前传感的自适应光学系统对菲涅耳透镜点目标成像的波前像差进行实验校正.像差校正控制采用随机并行梯度下降算法, 以远场光斑像清晰度函数为优化指标, 算法迭代数十次后收敛.系统闭环校正后, 焦平面光斑等效半径缩小了43%, 二阶矩为0.997 5, 接近理想极限1, 像清晰函数值和峰值光强提高了一倍, 光强的半高全宽达到1.2倍衍射极限, 调制传递函数的中频分量显著提高.实验结果表明该方法结实现构简单, 能快速、有效地校正菲涅耳透镜波前像差, 改善系统的成像性能, 可应用于大口径、轻量化的空间望远镜.
菲涅耳透镜 波前畸变 无波前传感自适应光学 像差校正 成像系统 空间望远镜 Fresnel lens Wavefront aberrations Wavefront sensorless adaptive optics Aberration corrections Imaging system Space telescope 光子学报
2017, 46(10): 1011001
1 中国科学院自适应光学重点实验室， 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所， 四川 成都 610209
3 中国科学院大学， 北京 100049
4 宜宾学院物理与电子工程学院， 四川 宜宾 644007
追踪了由远场光电探测器采样宽度限制引入的量化噪声在算法实现过程中的传递，分析了其对算法在波前像差校正中的效果和收敛速度产生影响的原因。根据斯特列尔比值(SR)的变化，提出了一种基于动态区域提取的模式复原算法，并利用18阶和33阶Zernike多项式模拟得到的符合Kolmogrove大气湍流功率谱的波前对该算法进行数值计算。计算结果表明：采用动态区域提取的复原算法校正波前像差，在12位相机采样宽度和33阶初始像差情况下，算法经31次迭代后收敛，波前复原残差均方根为0.058λ(λ为波长)，SR达0.9以上。该算法减小了量化噪声的影响，无波前传感自适应光学系统的收敛速度和校正效果得到显著提高。
大气光学 自适应光学 量化噪声 动态区域提取 模式复原 激光与光电子学进展
2017, 54(11): 110101
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 Institute of North Optics and Electronic, Beijing 100015, China
We present a hybrid adaptive optics system for a kW-class solid-state slab master oscillator power amplifier laser that consists of both a low-order aberration corrector and a 59-actuator deformable mirror. In this system large defocus and astigmatism of the beam are first corrected by the low-order aberration corrector and then the remaining components are compensated by the deformable mirror. With this sequential procedure it is practical to correct the phase distortions of the beam (peak to valley up to 100 μm) and the beam quality β is successfully improved to 1.9 at full power.
010.1080 Active or adoptive optics 140.5680 Rare earth and transition metal solid-state lasers 090.1000 Aberration compensation Chinese Optics Letters
2016, 14(9): 091402
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 电子科技大学光电信息学院, 四川 成都 611731
3 中国科学院大学, 北京 100049
为满足天文观测及激光通信等领域的1000单元级以下的自适应光学(AO)系统的高速实时处理的要求,提出一种单板上实现高速实时计算的通用化技术方案。采用多核CPU实时计算波前,结合高速图像采集卡,以满足系统高帧频的需求；计算机系统采用Xenomai实时操作系统及Linux操作系统，以满足AO 系统低延迟的需求；实现了在单台计算机上集成实时处理与监控的紧凑型处理系统。采用向量指令优化及多核并行运算，在6核的计算平台上获取了峰值每秒510亿次浮点运算的计算能力，102 GB/s的通信带宽。仿真结果表明可以对1145个驱动器，949个子孔径的系统进行2000 Hz的处理，处理延迟低于240 μs；通过修改参数后，应用于光通信的137单元AO系统中，校正后斯特列尔比为0.61。结果表明该处理方案能满足1145单元以下AO 系统2000 Hz实时处理的需要,并具有通用性。
自适应光学 实时处理 多核CPU 流水线处理 中国激光
2015, 42(11): 1212001
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 电子科技大学光电信息学院, 四川 成都 611731
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了实现闭环控制自适应光学(AO)系统中的变形镜对倾斜及平移像差的约束,分析了基于限定向量算法对系统动态特性及校正残差的影响，数值仿真结果表明，限定向量算法无法实现约束量的完全抑制，并且严重影响系统的校正效果。提出了基于投影抑制的算法，通过分离像差及在控制电压上实现对变形镜的抑制，采用2种算法利用单变形镜对含有倾斜的像差进行校正的仿真结果表明，采用限定向量算法，变形镜产生了使远场偏移9.3 pixel的整体倾斜时，基于向量投影抑制算法只产生小于0.02 pixel的偏移，并且对前36阶各单阶泽尼克模式的像差校正后具有更高的斯特列尔比。结果表明，基于投影抑制的算法具有更好的约束能力、更低的条件数及具有更优的校正效果。
自适应光学 变形镜解耦 投影抑制 光学学报
2015, 35(12): 1201002
1 中国科学院 自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所, 四川 成都 610209
针对大气湍流引起的激光光强、相位和传输方向的随机变化对大气激光通信质量的影响,开展了用自适应光学(AO)技术校正大气湍流影响的研究。定量分析了自适应光学技术在通信波段校正大气湍流的效果。利用中国科学院光电技术研究所研制的安装在云南丽江高美谷观测站的1.8 m望远镜和127单元AO系统,在1 550 nm通信波段对不同高度角的恒星进行了大气湍流校正实验。通过采集校正后的恒星图像,分析了校正后的斯特勒尔比,同时记录下当时的大气相干长度,由此得到了在不同大气湍流条件下的校正效果。实验表明,当大气湍流强度D/r0(1 550 nm)小于6.5时,校正后的波面RMS值可以小于1 rad,即在中弱大气湍流条件下,该AO系统可以有效地对大气湍流进行校正。
自适应光学 相干激光通信 大气湍流 波面校正 adaptive optics coherent laser communication atmospheric turbulence wavefront correction 光学 精密工程
2014, 22(10): 2605
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A 127-element adaptive optical system has been developed and integrated into a 1.8-m astronomical telescope in September 2009. In addition, the first light on a high-resolution imaging for stars has been achieved (September 23, 2009). In this letter, a 127-element adaptive optical system for 1.8-m telescope is described briefly. Moreover, star observation results in the first run are reported. Results show that the angular resolution of the system after adaptive optics correction can attain 0.1 arcsec, which approaches the diffraction limit of 1.8-m telescope at 700–900 nm band.
自适应光学系统 哈特曼传感器 跟踪 首次结果 性能 220.1080 Active or adoptive optics 010.1285 Atmospheric correction 010.1330 Atmospheric turbulence Chinese Optics Letters
2010, 8(11): 1019
1 电子科技大学光电信息学院, 四川 成都 610054
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
分析了双波前校正器全光路像差校正自适应光学系统的工作原理, 并通过共模波前传感器中的两套波前传感器探测得到的波前信息进行数据差分融合, 按照优化理论推导了两套波前校正器需要校正的像差公式。根据此像差公式, 仿真分析了以两套61单元变形反射镜组成的双波前校正器全光路像差校正自适应光学系统的校正能力, 并与单套波前校正器全光路像差校正自适应光学系统的校正能力进行了比较, 结果验证了推导的像差公式的正确性, 也说明了两套波前校正器不仅可以解耦, 而且其校正效果与理想行程单套波前校正器全光路像差校正自适应光学系统的校正效果相当。
自适应光学 全光路像差校正 双波前校正器 波前传感器
