中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

传统光学成像的本质是将物体的三维信息投影到像面进行采样和再现，成像分辨率受限于光学系统衍射极限和探测器采样等物理因素。随着数字技术的发展，计算光学通过结合光学调控技术与数字处理技术，为光学成像开辟了新的发展路径。基于传统全息与计算光学技术，非相干数字全息术能够利用物体上同一点发出光波的空间自相干性来记录全息图，摆脱了对相干光源的依赖，为数字全息技术应用于望远镜成像领域提供了可能。相关研究表明，利用非相干数字全息技术进行湍流像差校正和成像，具有系统结构简单，研制成本低的优势。
目前，非相干数字全息技术在天文成像领域的应用研究仍处于起步阶段，面临较多需要解决的问题。本文围绕该技术在大气湍流校正过程中存在的采集全息图需要多次曝光、时间分辨率低的问题，提出了一种适用于天文观测的双编码孔径非相干数字全息技术并对其校正湍流像差的性能进行了研究。该方法通过使用两个编码孔径相位板对受湍流影响的波前进行调制，一次曝光即可获得用于像差校正和图像重建的导星全息图或目标全息图，省去了传统非相干数字全息技术在采集全息图时所需要的干涉过程，避免了多次曝光，在大大提高系统时间分辨率的同时保持着良好的空间分辨率，能有效校正大气湍流引起的波前畸变，提高成像质量，进一步推进了非相干数字全息技术在天文观测领域的应用。
论文首先介绍了非相干数字全息技术及该技术应用于湍流像差校正的基本原理。然后使用数值模拟验证了双编码孔径非相干数字全息系统在大气湍流像差校正方面可行性，证明了该方法可以通过单次曝光获取导星或目标的全息图，从而实现全息图的重建和湍流像差的校正。在此基础上，使用大气模拟相位板搭建了原理实验光路，对双编码孔径非相干数字全息系统在湍流条件下的成像性能进行了实验验证，实验结果表明该系统具有光路结构简单、成本低的优势，并且在保持较高空间分辨率的同时能显著提高全息图的采集速度。此外，论文还探讨了影响系统校正效果的多种因素，包括不同大气相干长度下湍流像差校正和成像效果、编码孔径相位板像素数量对全息图调制能力与成像分辨率的影响、导星尺寸变化对校正性能的影响，以及工作波长带宽对系统成像性能的影响。这些研究为非相干数字全息技术在天文成像领域的进一步发展提供了理论依据，并展现出良好的应用前景。