张兰强 1,2,3曾意 1,2,3吴小虎 4杨金生 1,2[ ... ]饶长辉 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 自适应光学全国重点实验室,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 山东高等技术研究院,山东 济南 250100
Overview: Gravitational waves are spacetime oscillations radiated outward by accelerating mass objects. Significant astronomical events in the universe, such as the merging of massive black holes, emit stronger gravitational waves. Detecting gravitational waves allows for a deeper study of the laws governing celestial bodies and the origins of the universe, making accurate detection crucial. Gravitational wave detection technology utilizes Michelson interferometers to convert the extremely faint spacetime fluctuations caused by gravitational waves into measurable changes in optical path length. Recently, ground-based large Michelson interferometers have achieved direct detection of high-frequency gravitational waves. However, the detection of low-frequency gravitational waves, which is equally important, is not feasible on the ground due to arm length and ground noise issues. This necessitates the construction of ultra-large Michelson interferometers in space for low-frequency gravitational wave detection. Spaceborne gravitational wave detection telescopes play a vital role in collimating bidirectional beams in ultra-long interferometric optical paths in space. The extremely subtle changes in optical path caused by gravitational waves impose high demands for pm-level optical path length stability and below 10?10 level backscattered light in these telescopes. The ultra-high level index requirements exceed the precision limits of current ground testing techniques for telescopes. To ensure that spaceborne telescopes maintain their ultra-high design performance in the orbital environment, developing testing and evaluation techniques for these key indicators is a crucial prerequisite for the success of the space gravitational wave detection program. This paper provides an overview of the development of spaceborne gravitational wave detection telescopes, both domestically and internationally. It focuses on the current status and some test results of optical path length stability and backscattered light testing of telescopes under development, as well as further testing plans, providing a reference for the testing and evaluation of Chinese space gravitational wave detection space-borne telescopes.
空间引力波探测 星载望远镜 地面测试 光程稳定性 后向杂散光 space gravitational wave detection spaceborne telescope ground test optical path length stability backscattered light 
光电工程
2024, 51(2): 240027
顾乃庭 1,2,3,4王小勇 5汶德胜 2,6饶长辉 1,2,3,4,*[ ... ]叶贤基 8
作者单位
摘要
1 自适应光学全国重点实验室,四川 成都 610209
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
4 中国科学院自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
5 北京空间机电研究所,北京 100094
6 中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西 西安 710019
7 华中科技大学物理学院引力中心,精密重力测量国家重大科技基础设施,基本物理量测量教育部重点实验室,湖北 武汉 430074
8 “天琴计划”教育部重点实验室,天琴中心 & 物理与天文学院,天琴前沿科学中心,国家航天局引力波研究中心,中山大学(珠海校区),广东 珠海 519082
探测空间引力波有望揭开更多的宇宙奥秘。在国家重点研发计划项目的支持下,《光电工程》组织了“空间引力波探测星载望远镜专题(二)”。专题围绕空间引力波探测星载望远镜设计与分析、建造与装调、测试与评估等几个方面介绍了近期的主要研究进展,将为相关领域学者和专家提供技术研究的参考和合作交流的平台,并将积极推动我国空间引力波探测计划的研究进程。
星载望远镜 空间引力波 引力波探测 天琴计划 专题出版 sapace telescope space gravitational wave gravitational wave detection TianQin project special issue 
光电工程
2024, 51(2): 240026
宋奇林 1,2,3,4李杨 1,3,4周子夜 1,3,4肖亚维 1,2,3,4[ ... ]饶长辉 1,2,3,4
作者单位
摘要
1 自适应光学全国重点实验室,四川 成都 610209
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
4 中国科学院自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
Overview: Since the groundbreaking discovery of gravitational waves, the scientific community has fervently pursued the exploration of low-frequency gravitational waves to glean deeper insights into the cosmos. The inherent limitations of ground-based conditions, however, pose formidable challenges for detectors in capturing gravitational waves below the 1 Hz threshold. Consequently, the imperative has shifted toward the deployment of space-based gravitational wave detectors as the paramount solution for effective low-frequency gravitational wave detection. At the crux of space-based gravitational wave detection lies the pivotal role of spaceborne telescopes. Given the expansive transmission distances spanning magnitudes of 109 m between celestial constellations, the demand for nanoradian-level precision in telescope pointing accuracy becomes non-negotiable. The concomitant necessity for high-precision measurements and calibration emerges as a prerequisite for achieving the exacting standards of pointing accuracy in spaceborne telescopes dedicated to gravitational wave detection. To ameliorate the deleterious effects of pointing deviations on gravitational wave detection, this study strategically optimizes key parameters, including microlens structures, detector selection, and algorithmic frameworks, thereby achieving a breakthrough in high-precision pointing deviation measurements. Leveraging a low-density microlens array with extended sub-aperture focal lengths enhances the spatial scale of the light spot within each sub-aperture. This, coupled with detectors boasting a high signal-to-noise ratio, synergistically elevates the pointing detection accuracy of each discrete lens. Moreover, the paper introduces an innovative, Hartmann principle-based methodology for high-precision pointing deviation measurements, deploying a spatially reused paradigm across multiple sub-apertures. By aggregating measurement results from diverse sub-apertures, the approach effectively mitigates the influence of assorted random errors on measurement accuracy, thereby markedly enhancing the precision of pointing deviation measurements. Illustrating the efficacy of these methodologies, the paper exemplifies their application within the ambit of the "Tianqin Plan" for space-based gravitational wave detection. Employing numerical simulations and factoring in the design parameters of the Hartmann sensor, the study performs a meticulous analysis of pointing deviation measurement accuracy. Comparative analysis between single sub-aperture and sub-aperture correlation reuse technologies reveals a compelling enhancement in measurement accuracy, approximating a sevenfold improvement with the latter. The pointing deviation measurement accuracy achieved through sub-aperture correlation reuse technology is quantified at approximately 18.81 nanoradians. Considering the optical magnification inherent in spaceborne telescopes, estimated at around 30 times, the resultant pointing deviation measurement accuracy reaches an impressive 0.62 nanoradians. This design precision significantly surpasses the stipulated 1 nanoradian accuracy requirement for ground-based gravitational wave pointing deviation measurements. As a prudential measure, the proposed design incorporates a substantial margin to accommodate potential accuracy diminution attributable to external perturbations during empirical testing.
星载望远镜 指向偏差测量 哈特曼 多子孔径空间复用 spaceborne telescope pointing deviation measurement Hartmann multi-subaperture spatial multiplexing 
光电工程
2024, 51(2): 230234
顾乃庭 1,2,3,*王小勇 4汶德胜 1,5饶长辉 1,2,3[ ... ]叶贤基 7
作者单位
摘要
1 中国科学院大学,北京 100049
2 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
3 中国科学院自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
4 北京空间机电研究所,北京 100094
5 中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西 西安 710019
6 华中科技大学物理学院,湖北 武汉 430074
7 “天琴计划”教育部重点实验室,天琴中心 & 物理与天文学院,天琴前沿科学中心,国家航天局引力波研究中心,中山大学(珠海校区),广东 珠海 519082
光电工程
2023, 50(11): 230310
闫泽昊 1,2,3周子夜 2,3李杨 2,3周虹 2,3[ ... ]饶长辉 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院大学,北京 100049
2 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
3 中国科学院自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
压电致动器 迟滞非线性 电荷驱动法 非线性电容 piezoelectric actuators hysteretic nonlinearity charge drive method nonlinear capacitance 
光电工程
2023, 50(11): 230223
位希雅 1,2,3,4宋奇林 1,2,3杨金生 1,2张兰强 1,2[ ... ]饶长辉 1,2,3,*
作者单位
摘要
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 中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049
空间引力波探测 波前像差 相关算法 space gravitational wave detection wavefront aberration correlation algorithms 
光电工程
2023, 50(11): 230215
赵思旻 1,2顾乃庭 1,2黄林海 1,2肖亚维 1,2[ ... ]杜宗政 2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所 自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院光电技术研究所 光学轻量化与新材料技术中心,四川 成都 610209
针对大口径太阳望远镜系统运行过程中由于静态位置失配误差、风载弯沉等准静态位置失配误差以及热变形等非失配误差引起的波前像差导致成像质量下降的问题,在对太阳望远镜系统波前像差时空分频的基础上,提出采用次镜刚体位移对太阳望远镜低时空频率波前像差校正的方法,建立起次镜刚体位移与像差校正量的关系,并通过数值仿真及实验验证了采用次镜刚体位移对上述来源像差的校正能力。数值仿真和实验结果表明:次镜刚体位移能够对望远镜系统运行过程中的低时空频率波前像差进行有效校正,其中,对位置失配误差校正后像差RMS值低于原值的9%,对非失配误差校正后像差RMS值低于原值的40%,对多源混合误差校正后像差RMS值低于原值的15%。
成像系统 像差校正 灵敏度矩阵法 次镜 太阳望远镜 imaging system aberration correction sensitivity matrix method secondary mirror solar telescope 
红外与激光工程
2023, 52(7): 20220887
作者单位
摘要
1 内蒙古工业大学 机械工程学院,内蒙古 呼和浩特 010051
2 西南科技大学 理学院,四川 绵阳 621010
3 中国科学院 光电技术研究所,四川 成都 610209
干涉图像区域分割属于重要的干涉图像预处理步骤,目的是从干涉图像中提取出有效数据区域。干涉图像区域分割广泛存在于各种数字波面干涉仪的实验测试和数据处理中,对于精确波前复原以及相位解包裹可靠实施具有重要影响。介绍了3类常见干涉图像的区域分割技术,包括单帧干涉图、同步移相干涉图和横向剪切干涉图,并系统总结了相关研究进展、展望了该领域研究趋势。
干涉仪 区域分割 同步移相干涉图像 横向剪切干涉图像 interferometry region segmentation simultaneous phase-shifting interferogram lateral shearing interferogram 
光学仪器
2023, 45(1): 87
李兴春 1,2,3樊新龙 1,2,*张小军 1,2周虹 1,2[ ... ]顾乃庭 1,2
作者单位
摘要
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
变形反射镜是自适应光学系统的核心器件,其校正能力受多种因素的影响,设计过程属于多维变量优化问题。针对现有变形反射镜设计方法需要进行长周期反复迭代,效率较低的问题,提出了一种新型变形反射镜设计方法。将遗传算法与弹性力学影响函数分析模型相结合,显著提升变形反射镜的设计效率,为变形反射镜的高效研制提供保障。基于该方法进行离焦、像散校正变形反射镜结构参数的设计。结果表明,该方法通过100次迭代就完成了11个变量的收敛优化,大幅减少个体计算量,实现变形反射镜的快速设计。
光学器件 变形反射镜 遗传算法 弹性力学 参数设计 设计效率 
激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0123002
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
2 中国科学院大学,北京 100049
三维成像技术在自动驾驶、航空任务、**领域等都有着广泛的应用,不同技术体制的成像系统有不同的优点,其中基于多像素光子计数器(Multi-Pixel Photon Counter, MPPC)的三维成像技术由于其成像速度快、对极弱光敏感等优势具有广阔的发展潜力。然而,由于MPPC阵列发展不成熟,基于MPPC阵列的弱光三维成像探测水平受到限制。利用日本滨松公司研发的具有32×32规模的MPPC阵列S15013系列二维光子计数图像传感器,开发了一套三维成像系统,传感器的每个像素由12个单光子雪崩二极管并联而成,其总探测像素达到1 K以上。基于该系统,分析了阈值电压、镜头光阑等参数条件对三维成像探测结果的影响,对系统探测灵敏度和精度进行了测试,并针对37 m远模拟目标开展了三维成像探测试验。试验结果表明:在回波光子数约1.98 (光子/像素)的暗弱条件下,目标区域测距精度达到0.268 m,三维结构特征明显,达到了接近单光子成像的探测水平。
多像素光子计数器(MPPC) 三维成像 光子计数器 MPPC 3D imaging photon counter 
红外与激光工程
2022, 51(10): 20210989

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