望远镜自适应光学系统的设计和实现(博士后出站报告)
李常伟
2012-10
Keyword自适应光学系统 大气湍流 大气湍流相位屏 光学设计 望远镜
Subject Area自适应光学
Subtype博士后
Abstract
自适应光学技术自其提出以来到现在,短短六十多年间,已经取得了令世人瞩目的成就。自适应光学技术在天文学当中的成功应用和发展,也仅仅是二十多年以来的事情。到目前为止,望远镜自适应光学系统仍然是地基大口径天文望远镜克服大气湍流扰动,提高成像质量的最有效的手段。因此,地基大口径天文望远镜的发展,与自适应光学技术的发展是密不可分的。为了克服大气湍流扰动,改善望远镜成像质量,本文主要研究了望远镜自适应光学系统的设计和实现,主要内容包括以下三个方面。
 
首先,根据光波传输理论和大气湍流特性,分析了大气湍流对成像质量的影响,采用分形法模拟生成了大气湍流相位屏,制作了大气湍流模拟器。所有在大气湍流环境中工作的光学系统都会遇到大气湍流扰动的问题,要想克服大气湍流扰动,必须弄清楚大气湍流扰动对光学系统成像质量的影响。根据大气湍流时间和空间两个维度的随机统计特性,通过分析光波在大气中的传输,获得了大气湍流对光学系统成像质量的影响。基于大气湍流统计特性,采用分形法,利用计算机模拟生成了符合Kolmogorov模型的大气湍流相位屏,并验证了生成的大气湍流相位屏的随机统计特性。在此基础上,制作了大气湍流模拟器,实现了大气湍流的实验室模拟,为实验室模拟大气湍流和验证光学系统在大气湍流中的工作效率提供了实验条件。
 
开发了一套低成本自适应光学系统,用于新型自适应光学技术研究。通过研究分析自适应光学系统的组成和工作原理,明确了自适应光学系统各组件的功能,为自适应光学系统及各组件的研究和开发提供了条件。在研究中,通过采用相对低成本的商用光学元件,设计开发了一套自适应光学系统,为自适应光学技术的深入研究和开发提供了实验平台。利用制作的大气湍流模拟器,成功验证了自适应光学系统的实时校正能力,为实际望远镜自适应光学系统的开发提供了宝贵的经验和指导。
 
设计了2.16 m望远镜自适应光学系统,通过理论模拟初步验证了系统的校正能力,并在实验室搭建了自适应光学系统,验证了理论模拟的结果。采用ZEMAX光学设计软件完成了2.16 m望远镜自适应光学系统设计,ZEMAX软件的数据输出显示,设计的自适应光学系统在要求的10" 视场范围内像差很小,满足设计要求。根据自适应光学系统的ZEMAX设计结果,模拟了不同变形镜驱动电极和波前传感器子孔径数目情况下,系统的校正能力,并根据得出的结果,敲定了关键光电元件的选型。然后,根据所需光电元件的技术参数,重新对系统进行了理论模拟,模拟结果显示系统完全达到了预期的要求。最后,在实验室搭建2.16 m望远镜自适应光学系统,实验结果表明,搭建的自适应光学系统具有良好的校正性能。
Document Type研究报告
Identifierhttp://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/761
Collection中国科学院南京天文光学技术研究所_博士后出站报告
中科院天文光学技术重点实验室_博士后出站报告
Recommended Citation
GB/T 7714
李常伟. 望远镜自适应光学系统的设计和实现(博士后出站报告). 2012.
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