1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所, 安徽 合肥 230031
光学合成孔径成像系统是利用多个小口径望远镜排列成稀疏孔径阵列来增大系统等效口径, 从而实现大口径光学系统的高分辨成像效果。子孔径间的共相误差探测是实现合成孔径系统高分辨率成像的重要前提, 该技术一直是该领域研究人员关注的焦点之一。新兴的人工智能及大数据技术为合成孔径成像系统共相误差探测提供了新思路和开辟了新方向。本文在简要回顾合成孔径成像系统共相误差探测方法的基础上, 介绍和分析了近年来深度学习技术在合成孔径成像系统共相误差探测方面的研究进展, 并对未来发展方向进行了总结和展望。
大气光学 合成孔径 共相误差检测 深度学习 卷积神经网络 atmospheric optics synthetic aperture co-phasing error detection deep learning convolutional neural network
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室，江苏 南京 210042
3 中国科学院大学，北京 100049
共相光栅拼接技术是目前研制米级大尺寸阶梯光栅的重要手段，位移误差调整精度对光栅的拼接精度有决定性影响。为消除拼接光栅中的周期性位移误差，实现大尺寸阶梯光栅的共相拼接，从理论出发分析了位移误差对拼接光栅点扩散函数的具体影响，并基于干涉测量原理，提出了一种基于迈克耳孙干涉系统，利用白光和双波长测量技术相结合的光栅拼接位移误差检测调整方法。通过对比不同调整量下干涉条纹位移变化的模拟计算结果与纳米位移平台实验结果，分析了傅里叶分析算法的计算精度，进而实现了位移误差的精确调整。实验计算结果表明，白光双波长测量技术实现的拼接光栅位移误差小于6 nm，可满足大尺寸拼接光栅的共相检测要求。
测量 拼接光栅 共相调整 纵向位移误差 调整精度 光学学报
2022, 42(18): 1812006
华东交通大学 智能机电装备创新研究院, 江西 南昌330013
鉴于单块口径的光学望远镜不能无限增大，采用拼接镜技术才能造出10 m以上口径的光学望远镜，因此，拼接镜的共相检测技术成为了拼接过程和维持镜面质量的关键技术。针对目前最被接受的宽窄带夏克哈特曼法，本文提出使用宽波段（400~700 nm）光源的非相干性和相干性相结合方式实现250 nm粗共相，以及10 nm精共相，以此解决由于目标流量过低而引起测量时间过长的问题。即在粗共相时，以两个半圆孔的非相干衍射图样为模板，白光为光源，采用互相关算法计算互相关系数的值，通过设置合理的互相关系数阈值，以实现无限制的检测范围和0.25 μm 的检测精度；精共相时，以白光为光源、采用以一幅相干衍射图案（理想白光艾里斑）为模板的方式替代多幅不同平移误差下的相干衍射图案为模板方式，实现0.27 μm量程、0.01 μm以上精度的共相检测。对该共相方法进行了理论和仿真分析，结果表明：该新型共相检测方法的检测量程为无限量程，检测精度能达到 10 nm以上，该方法适用于拼接镜粗精共相的检测。
天文光学 望远镜 子孔衍射 共相检测 astronomical optics telescopes sub-aperture phase measurement
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
为了拓展精共相阶段平移误差的检测范围、缩减检测流程以及减少多方法检测在衔接过程中的装校要求,本文提出基于多波长干涉技术的拼接镜共相检测方法。在粗共相阶段,采用单色激光干涉以及白光干涉分别实现百微米以及微米量级的平移误差标定;在精共相阶段,采用双波长激光干涉实现微米级平移误差的高精度检测。以整镜中剖出的两块六边形球面子镜为测试对象,采用红绿激光双波长移相干涉仪与白光显微干涉仪对所提的技术方案进行实验验证,提出基于拼接镜面形检测数据的相对平移误差解算算法,设计并构建一套拼接镜共相装校系统。粗共相阶段标定平移误差至微米量级后,在精共相阶段子镜间平移误差可由601.6 nm补偿至16.0 nm。
测量 拼接镜 共相检测 双波长干涉 白光显微干涉 光学学报
2021, 41(16): 1612003
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京 100049
拼接镜面共相技术是大口径望远镜研制中的关键技术之一,共相精度主要取决于边缘传感器的测量精度。针对大口径拼接镜面望远镜的共相需求,提出一种基于光学等厚干涉原理的边缘传感器设计方案,阐述其基本原理并给出该边缘传感器的结构图。利用数据拟合和图像处理方法,对该方案进行仿真模拟,仿真结果显示该方案的测量精度可以达到倾斜误差为0.02″,平移误差为20 nm,可以满足大口径拼接镜面望远镜的共相检测需求。
光学器件 边缘传感器 图像处理 拼接镜面 子镜共相 光学学报
2021, 41(12): 1212002
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 江苏 南京 210042
阶梯光栅共相拼接技术是实现增大光栅尺寸、进一步提高天文光谱分辨率(天文光谱分辨率R>10 5)的关键。为了提高中阶梯拼接光栅的调整角度精度,本文基于干涉条纹傅里叶分析,提出了一种干涉条纹空间载频频率的九像素平均算法;然后结合干涉条纹光栅拼接技术,模拟了不同角度偏差下的条纹变化及其相应的傅里叶分析角度计算,在实验上实现了对系统角度调整系数的标定以及对傅里叶算法计算的调整偏角精度的分析,获得了拼接光栅调整系统中角度最大计算误差精度小于0.4 μrad的结果,为天文上应用的大尺寸拼接光栅的共相调节提供了理论支持。
相干光学 拼接光栅 傅里叶变换 共相调节 调整精度
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室, 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京 100049
GS(Gerchberg Saxton)算法具有收敛速度慢、运算精度低和收敛易陷入局部极小值等缺点,其对初值的选择非常敏感。通常情况下,估计的初值越接近真实值,复原效果越好。为了获得更接近于真实值的初始相位,在望远镜的瞳面添加非冗余孔径掩模,对通过掩模形成的干涉图进行处理,获得初始相位,可有效地加快GS算法的收敛速度并提高其运算精度。仿真结果表明所提算法的平均复原精度最少是GS算法的9倍。
物理光学 相位复原 干涉 GS算法 共相误差 非冗余孔径掩模
华东交通大学 机电学院, 江西 南昌 330013
为了实现拼接镜平移误差的大量程、快速检测, 提出了一种利用白光(400~700 nm)远场光斑相干性来检测拼接镜piston误差的方法。该方法以两半圆孔间的非相干衍射图案为模板, 利用互相关算法求解实际衍射图案与模板图案间的互相关系数, 通过设定0.85阈值, 实现拼接镜piston误差的粗共相检测。搭建了一套室内拼接镜的主动共相检测实验光路系统, 其中拼接镜是由4块对边长为100 mm, 曲率半径为2 000 mm的正六边形球面反射镜组成, 利用白光(400~700 nm)远场光斑相干性测量拼接主镜各子镜间平移误差的方法进行了理论与仿真分析。利用波前探测器和主动光学技术实现了拼接镜精共焦误差的检测与调节, 通过远场光斑相干性和主动光学技术实现了粗共相的检测和调节。实验表明: 该方法耗时短、能量利用率高, 可实现无限量程、±250 nm精度的检测和调节, 适合拼接镜的粗共相检测和调节。
天文光学 望远镜 主动光学 共相检测 astronomical optics telescope active or adaptive optics co-phasing detection 光学 精密工程
2018, 26(11): 2647
