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
王帅 1,2,3,4鲍华 1,3,*何春元 2,4荣会钦 2,4[ ... ]饶长辉 1,3
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 电子科技大学长三角研究院(衢州),浙江 衢州 324003
3 中国科学院自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
4 电子科技大学,四川 成都 611731
5 中国科学院大学,北京 100049
6 66389部队,河南 郑州 450000
相位差法 低秩先验 太阳图像 phase diversity low-rank prior solar images 
光电工程
2023, 50(6): 220208
王帅 1,2何春元 1,2荣会钦 1,2鲍华 3,4,*[ ... ]饶长辉 3,4
作者单位
摘要
1 电子科技大学长三角研究院(衢州),浙江 衢州 324003
2 电子科技大学,四川 成都 611731
3 中国科学院自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
4 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
5 66389部队,河南 郑州 450000
盲解卷积是常用的自适应光学图像事后重建方法之一。为提高盲解卷积对太阳(自适应光学)图像的重建效果,本文提出了基于二阶广义总变分的空变多帧盲解卷积算法。该算法首先利用交替最小化和半二次分裂方法求解本文提出的二阶广义总变分约束的空不变多帧盲解卷积模型;然后针对非等晕大视场太阳图像特性,利用重叠分块与加权拼接实现空变盲解卷积扩展。在一米新真空太阳望远镜(NVST)观测的真实太阳图像上进行的重建实验与分析表明,本文算法在主观视觉效果和客观指标上均具有较好的图像重建效果。

多帧盲解卷积 二阶广义总变分 太阳图像 自适应光学 multi-frame blind deconvolution second-order total generalized variation solar images adaptive optics 
光电工程
2023, 50(2): 220207
杨颖 1,2,3张兰强 1,2,3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
在天文大视场高分辨率成像领域,对地表层自适应光学(Ground-Layer Adaptive Optics, GLAO)系统作出准确的理论评估是系统设计与优化的关键前提。在GLAO技术中,地表层湍流特性与导引星布局是影响系统性能的重要因素。针对不同湍流环境与导引星位置分布,基于空间频谱滤波理论和蒙特卡洛方法对GLAO系统进行理论分析与性能评价工作,从而验证两种方法的正确性与准确性。结果表明,两种模型得到的系统校正规律呈现明显的一致性。在一定条件下,两种方法数值模拟偏差最大不超过4.6%。空间频谱滤波原理将系统简化为线性模型,其计算速度更快,便于发现系统特征规律,但是该方法适用于导引星呈对称布局的系统性能分析,不适用于非对称排布的任意导星布局解析分析。蒙特卡洛方法结合真实系统的物理过程进行实时模拟,其导引星布局可以任意设置,对于系统实际运行状态的预测更加准确。在两种分析方法对比的基础上,进一步针对系统布局给出了初步的优化结果,相关工作对未来GLAO系统的设计与优化具有指导意义。
地表层自适应光学 空间频谱滤波理论 蒙特卡洛 导引星 ground-layer adaptive optics spatial frequency spectrum filtering theory Monte Carlo guide stars 
红外与激光工程
2022, 51(7): 20210744
赵梓旭 1,2,3,*马晓燠 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 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
基于频谱滤波理论和经典大气湍流 7 层模型, 通过地表层自适应光学 (GLAO) 系统的理论滤波器模型, 结合有限导星条件下的误差传递函数 (ETF), 探究了不同导星数量与不同导星排布情况下地表层自适应光学系统的性能。研究结果表明 6 颗导星呈中心 1 颗、其余 5 颗在视场边缘均匀环形分布时, 系统校正性能较优。该研究结果对正在研制的一米新真空太阳望远镜多层共轭自适应光学 (MCAO) 系统 (含有 GLAO 系统) 具有重要指导作用和参考价值。
地表层自适应光学 导星 性能分析 太阳望远镜 ground layer adaptive optics guide star performance analysis solar telescope 
大气与环境光学学报
2022, 17(5): 485

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