太阳双层共轭自适应光学系统

摘要

大气的无规则运动产生的湍流会对光波前阵面产生影响，因此天文望远镜的视场角与分辨率很难达到理想值。为了提高望远镜的性能，自适应光学应运而生。它采用探测、波前复原再实时校正的方法，将因经过大气湍流而发生畸变的光波修正。针对传统自适应光学系统视场角过小的问题，美国人贝克想出办法：将大气湍流分层，再分别进行校正。随之演变成为多层共轭自适应光学。
　　变形镜直接对畸变的光波进行校正，它是自适应光学系统的核心部分。国内外都对变形镜进行研究和制造，国内已经成功研制了许多样机。目前，变形镜的研制遇到了一个问题：不能让变形镜的在校正单元更密集的情况下拥有更大的校正冲程。比如，采用集成化制造的微机电系统变形镜，它可以在很小的范围，内集成大量的校正单元，但是它的校正冲程只能达到微米级别，这意味着对于畸变过大的光波，它的校正效果有限。
　　基于这个问题，本文引入了变形镜的组合方案，通过将两个变形镜的正对的方式使变形镜的校正冲程加倍。或者让两个变形镜成90度交错的方法，实现校正单元数目加倍。接着介绍了这两种组合变形镜的原理与结构。在双层共轭自适应系统中，使用增加校正单元数目的组合变形镜。为了不增加系统复杂度，基于大气湍流的特点和校正效果对比分析，组合变形镜只替换原系统中与低层湍流共轭的变形镜。
　　在国内外不同模型中，通过计算仿真，找出使双层共轭系统等晕角最大的最佳共轭高度，并确定各分层厚度。然后对使用组合变形镜与普通变形镜的系统进行对比分析，结果证明使用组合变形镜可以提高系统的斯特列尔比。同时，对于不同变形镜构成组合变形镜，它们对系统的斯特列尔比提升效果进行了对比，并找出性价比最优的方案。
　　组合变形镜的结构简单，采用的器件也是现成的。不会对变形镜的制造工艺提出苛刻要求，可以降低系统的成本。随着变形镜制造工艺的提高，这种组合方式也可以应用到新的变形镜中，提升校正性能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 自适应光学的产生

1.3 国内外自适应光学技术的发展状况

1.4 论文的主要内容与章节安排

第二章 多层共轭自适应光学系统

2.1 自适应光学的运行原理与结构

2.2 自适应光学组成单元结构

2.3 多层自适应光学的发展历程

2.4 大气湍流描述参数

2.5 本章小结

第三章 变形镜的研究与系统设计

3.1 自适应光学系统的性能指标

3.2 变形镜的发展状况与基本结构

3.3 组合变形镜的原理与结构

3.4 组合变形镜在双层共轭自适应系统的应用

3.5 本章小结

第四章 系统仿真与数据对比分析

4.1 相关参数的选择

4.2 双层自适应系统性能提升

4.3 组合变形镜低层共轭

4.4 组合变形镜效果

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果