论文部分内容阅读
由于大气的湍流影响,光在大气传播过程中会出现不同程度的波前畸变,波前畸变会给天文观测带来极大的阻碍,使得天文目标的高清晰成像变得异常困难。自适应光学（Adaptive Optics,AO）技术能够有效的减少光波在大气传输过程中产生的波前畸变,从而改善光学系统的成像质量。变形镜是自适应光学系统最主要的波前校正元件,其性能的的好坏直接决定了系统的校正能力。近些年发展起来的微电子机械系统（Micro Electro Mechanical System,MEMS）变形镜基于半导体制造工艺,具有体积小、能耗低、精度高、可批量生产等优点,是现阶段波前校正器中最具有研究价值的一种变形镜。本文以MEMS变形镜的波前校正能力为研究目标,首先建立了光波的大气湍流传输模型。以大气传输模型为基础,分别分析了97单元MEMS变形镜对单阶像差、组合像差的拟合能力。最后,用计算机模拟和搭建实验平台两种方法研究97单元MEMS变形镜的自适应光学闭环校正能力。计算机模拟时,以实际测量的变形镜影响函数为基础,分析了97单元MEMS变形镜对低阶Zernike单阶像差、组合像差的拟合效果及闭环校正能力。其中闭环校正时,采用的是无波前探测自适应光学控制算法（Stochastic Parallel Gradient Descent,SPGD）。结果表明该变形镜对zernike低阶像差能够完全拟合,对高阶像差也有一定的拟合能力,在SPGD控制算法下,对湍流强度较弱时的像差基本能完全校正,对湍流强度较大的像差也有一定的校正效果。实验中,搭建了无波前探测自适应光学系统平台,通过该平台利用SPGD控制算法对系统像差和D/r0=5、10、15、20五种情况下的校正收敛速度及衍射极限进行分析和对比。实验结果显示,各湍流强度下性能评价函数收敛时算法迭代次数分别60、70、95、220、50次,校正后光斑分别为1.7、2.4、2.9、3.9、4.7倍的衍射极限。该实验结果,验证了基于97单元MEMS变形镜的无波前探测自适应光学系统对系统像差以及不同湍流强度下的像差都具有一定的校正能力。综上所述,本文从不同方面研究了97单元MEMS变形镜的波前校正能力。本文的仿真及实验结果可以为自适应光学领域的科研人员应用97单元MEMS变形镜提供理论依据与数据参考。文中给出的不同湍流强度下SPGD控制算法的最优参数具体调节过程及相应校正结果分析,也为AO工作者应用该算法时提供了理论基础及数据参考。