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[科技专项] 我国自适应光学技术

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kktt 发表于 2012-7-23 14:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 kktt 于 2012-7-23 20:07 编辑

摘自 姜文汉等: 中国科学院光电技术研究所的自适应光学研究进展,《光学学报》2011年第9期

http://www.opticsjournal.net/abstract.htm?id=OJ110829000433IeLhNk

====

我国对自适应光学的研究起步于1979 年, 中国科学院光电技术研究所已独立自主地建立了自适应光学的技术基础, 多年内已经研制成功多套自适应光学系统。

1990 年21 单元动态波前误差校正系统与云南天文台的1. 2 m 望远镜对接实现了对自然星体的大气湍流校正, 获得了分辨双星的清晰照片。
迄今为止, 中国科学院光电技术研究所先后共研制了8 套天文自适应光学系统, 包括5 套夜天文自适应光学系统和3 套白天太阳自适应光学系统:



从1985 年起, 共为我国的ICF 装置研制过5 种12 套自适应光学系统。
1985 年研制的19 单元激光波前校正系统, 被用于 神光1激光惯性约束核聚变( ICF) 装置上 , 用以校正这一装置中的静态误差, 使静态焦斑能量集中度提高了3 倍, 成为国际同类装置中首先成功使用的自适应光学系统。
2004 年, 为 神光III 原型单路装置研制了一套以校正系统静态和动态波前误差为目的的自适应光学系统, 采用45 单元方形变形反射镜。
2007 年为 神光III 原型装置建立了8 路高度工程化的自适应光学系统, 并集成到激光系统中, 由计算机集中控制, 对主放大系统输出光束的静态和动态波前进行校正。2008 年, 又对该自适应光学系统进行了升级, 将波前校正范围延伸到了靶点。8路工程化自适应光学系统在 神光III 原型装置上实现了到靶点的全系统静态像差校正, 改善了靶点焦斑能量分布。结果表明, 通过自适应光学校正, 所有各路像差均得到有效的校正, 提高了激光打靶效率。
2011 年研制了一块大口径大行程变形镜并在 神光III主机上进行了实验, 该变形镜的位置将从原来放在主放大器输入端, 移到主放大器腔镜位置,其通光口径增大到360 mm x 360 mm, 研制了外径390 mm x 390 mm 的31 单元变形镜,



自1998 年开始, 中国科学院光电技术研究所在人眼视网膜成像仪( AO-Camera) 、自适应光学光学相干层析( AO-OCT) 和自适应光学共焦扫描检眼镜( AO-CSLO) 等视光学波前工程领域开展了长期的研究, 已经先后建立多套系统。
2000 年我国利用新研制出的19 单元微小型变形镜建立了人眼视网膜成像自适应光学系统, 并获得了较清晰的人眼眼底细胞图像。

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 楼主| kktt 发表于 2012-7-23 14:22 | 显示全部楼层
http://www.opticsjournal.net/abs ... J1011160000813z6B9E

1.8 m望远镜127单元自适应光学系统首次观测结果

127单元自适应光学系统已经完成研制并于2009年9月安装到1.8m天文望远镜上。2009年9月23日首次获取到星体的高分辨力图像,文章对这套为1.8m望远镜研制的127单元自适应光学系统进行了详细的描述,另外也报道了首次的观测结果,结果表明通过自适应光学系统校正后的星体图像可以达到1.8m望远镜在700nm-900nm波段的衍射极限(即0.1″)的分辨能力。
 楼主| kktt 发表于 2012-7-23 14:24 | 显示全部楼层
http://www.bao.ac.cn/xwzx/xshd/xshy/200911/t20091122_2673087.html

4米光学/红外高分辨率望远镜及1.8米光学望远镜科学目标及天文仪器联合研讨会第一号通知
2009-11-22|

(广西桂林,2009年12月17日至20日)


各位专家:
   在十二•五期间,我国拟建设一台4米光学/红外高分辨率天文望远镜,以应用自适应光学技术开展高分辨率天文观测,该项目于今年9月已通过<<项目实施方案论证>>专家评审,向正式立项迈出了关键性的一步。在过去两年里已对该4米望远镜的科学目标及仪器进行了一些预研讨论。同时今年8月作为该4米望远镜的前期关键技术测试用途的1.8米光学望远镜已在云南天文台丽江观测站落成。
 楼主| kktt 发表于 2012-7-23 14:37 | 显示全部楼层
本帖最后由 kktt 于 2012-7-23 14:39 编辑

这个4米光学/红外高分辨率天文望远镜很可能类似于美国星火靶场口径3.5m的SORT(Starfire Optical Range Telescope)和夏威夷毛伊岛3.67m的AEOS(Advanced Electro Optical System Telescope)自适应光学望远镜,主要用于低轨空间目标成像,兼作天文观测。

SORT和AEOS的自适应光学系统都有941个促动器单元,是目前世界上最多的。
 楼主| kktt 发表于 2012-7-23 14:55 | 显示全部楼层
http://ctmt.bao.ac.cn/chinese/?q=node/22

激光引导星系统及激光发射中继系统

本任务拟由光电所承担。激光引导星系统属于自适应光学系统的一部分,通过多个固体激光器产生不同形状分布的钠激光人造星群,以供不同用途的自适应光学系统提供信标。

光电所以在丽江高美古完成安装调试的1.8m望远镜为实验平台开展了基于人造钠信标的自适应光学高分辨力成像相关关键技术研制。本研究工作能够为TMT的激光引导星系统的研制起到良好的过渡和积累经验的作用。

2010年4月,TMT自适应光学组在光电所进行访问后,对于我方承担激光引导星系统的前景表示非常乐观,目前光电所已完成LGSF的初步设计,获得TMT方面认可。我方与TMT方面已签署工作协议(见附件4),将继续就此系统进行改进与建造。

http://www.opticsjournal.net/abstract.htm?id=OJ110829000438MjPlSo

采用Nd:YAG 1064与1319 nm激光在非线性晶体LBO中和频,获得了高功率、高光束质量、窄线宽的准连续微秒脉冲钠信标激光。该钠信标激光平均输出功率为33 W,光束质量因子M2 = 1.25,线宽小于0.4 GHz,波长为589 nm,并可精确调控到钠原子D2谱线,稳定性优于±0.3 GHz,重复频率为500 Hz,脉冲宽度约为120 μs。与连续波钠信标激光相比,准连续微秒脉冲钠信标激光提供了门脉冲选通机制,可消除大气瑞利散射干扰和减小钠导引星像斑拉长现象,从而使自适应光学系统能够实现更好的校正效果,被称为第二代纳信标激光。基于此第二代钠信标激光器,在云南1.8 m口径望远镜上进行了外场试验,观测到激光钠导引星。
farocean3000 发表于 2012-7-23 15:49 | 显示全部楼层
kktt 发表于 2012-7-23 14:55
http://ctmt.bao.ac.cn/chinese/?q=node/22

激光引导星系统及激光发射中继系统

有一点不解,为什么导星要用钠信标。原则上只要coherent length足够,直接用1064nm的更好,因为大型望远镜工作波段往往大于可见波段。
 楼主| kktt 发表于 2012-7-23 16:14 | 显示全部楼层
本帖最后由 kktt 于 2012-7-23 16:21 编辑
farocean3000 发表于 2012-7-23 15:49
有一点不解,为什么导星要用钠信标。原则上只要coherent length足够,直接用1064nm的更好,因为大型望远镜 ...

589 nm是Na D2共振线,钠信标的好处是产生在高度在~90 km的大气层(钠离子来自流星),基本上把大气所有的湍流影响都包括了。而如果直接用1064 nm的激光,只能得到后向瑞利散射信标,高度只有10~20 km, 无法包括更高高度的大气湍流。而且钠信标的斜程误差更小。

我们以前一直做不出>20 W的589 nm激光器,所以只能用瑞利散射信标。现在理化所能做出30 W的589 nm激光器,有国外天文台都来找他们买激光器。
turbopump 发表于 2012-7-23 18:28 | 显示全部楼层
本帖最后由 turbopump 于 2012-7-23 18:30 编辑

"Nd:YAG"这个是钕钇铕石榴石?在国际上大热的技术材料,据传中国处于领先的水平。另外这个YAG体系还用在LED荧火粉领域。国人加油!

另外这个目前正在涨价中,正所谓中东有油,我们有稀土
暴力英雄 发表于 2012-7-23 19:51 | 显示全部楼层
turbopump 发表于 2012-7-23 18:28
"Nd:YAG"这个是钕钇铕石榴石?在国际上大热的技术材料,据传中国处于领先的水平。另外这个YAG体系还用在LED ...

Nd:YAG是掺钕钇铝石榴石吧?钇铝石榴石的化学式是Y3 AL5 O15 ,简称为YAG。在YAG基质中掺入激活离子Nd3+ (约1%)就成为Nd:YAG。实际制备时是将一定比例的AL2O3 、Y2O3 和NdO3 在单晶炉中熔化结晶而成。
这是著名的激光晶体材料,我本科时候就是烧这个的.
我家老爷子原来做钇铁石榴石YIG晶体,研制过环行器、隔离器、相移器、调制器、滤波器、开关等微波铁氧体器件,用于电子对抗设备,拿过科学大会奖
turbopump 发表于 2012-7-24 09:16 | 显示全部楼层
暴力英雄 发表于 2012-7-23 19:51
Nd:YAG是掺钕钇铝石榴石吧?钇铝石榴石的化学式是Y3 AL5 O15 ,简称为YAG。在YAG基质中掺入激活离子Nd3+ (约 ...

受教了,此材料前途无量!
 楼主| kktt 发表于 2012-7-26 11:31 | 显示全部楼层
http://www.caep.ac.cn/kxyj/xxkxydzgc/kjcg/10192.shtml

ICF激光驱动器波前校正技术研究                       
文章来源:信息中心  时间:2011-10-28 10:45:00
                       
  优化解决了“神光Ⅲ”原型装置主放大系统前级过孔问题和靶点波前检测问题,扩展了原型装置自适应光学系统的校正能力,首次实现了大型ICF驱动器全光路像差的闭环校正,验证了自适应光学系统对靶点三倍频焦斑的控制能力;理论证明了多程放大系统中腔镜位置变形镜面形解的存在性,并对解的有效性做了实验验证,为后续大型激光装置中自适应光学波前补偿方案设计提供了有力的依据。通过大量的数值模拟和理论分析,完成了主机装置波前补偿系统的总体方案设计。    

主机装置光束波前补偿系统方案设计

 楼主| kktt 发表于 2012-8-24 00:35 | 显示全部楼层
kktt 发表于 2012-7-23 14:37
这个4米光学/红外高分辨率天文望远镜很可能类似于美国星火靶场口径3.5m的SORT(Starfire Optical Range Tel ...

http://mirrorlab.as.arizona.edu/ ... fs/SOMLBrochure.pdf

SORT是SOML的产品,我们的4米镜准备让谁来做?还像1.8m镜那样从俄罗斯买?呼唤中国的mirror lab!
crocoker 发表于 2012-8-24 10:20 | 显示全部楼层
暴力英雄 发表于 2012-7-23 19:51
Nd:YAG是掺钕钇铝石榴石吧?钇铝石榴石的化学式是Y3 AL5 O15 ,简称为YAG。在YAG基质中掺入激活离子Nd3+ (约 ...

受教了,原来这个晶体材料还有这么大的用途
crocoker 发表于 2012-8-24 10:21 | 显示全部楼层
暴力英雄 发表于 2012-7-23 19:51
Nd:YAG是掺钕钇铝石榴石吧?钇铝石榴石的化学式是Y3 AL5 O15 ,简称为YAG。在YAG基质中掺入激活离子Nd3+ (约 ...

另外想问问暴力大哥,这种材料我们国家的研究水平在世界处在什么位置?
暴力英雄 发表于 2012-8-26 10:46 | 显示全部楼层
crocoker 发表于 2012-8-24 10:21
另外想问问暴力大哥,这种材料我们国家的研究水平在世界处在什么位置?

我从工作以后就不做材料了,这个可以请教K版。
我工作后材料工艺有过的最亲密接触是后来做过一家人造金刚石公司的金刚石六面顶压机技术改造工程,主要是控制系统改造,就是下图中的那个控制柜。

还有就是下面的单晶炉和电阻加热液相外延炉控制系统开发,单晶炉主要用于提拉法晶体生长工艺,是半导体锗、硅、氧化物单晶如钇铝石榴石、钆镓石榴石、铌酸锂等的主要生产方法。我们做的是控制系统,因为控制晶体品质的主要因素是固液界面的温度梯度、生长速率、晶转速率以及熔体的流体效应等,具体就不说了
暴力英雄 发表于 2012-8-26 11:10 | 显示全部楼层
crocoker 发表于 2012-8-24 10:20
受教了,原来这个晶体材料还有这么大的用途

这是网上的一篇文章,如果我没猜错的话,我知道这个家伙,也知道他当年在哪里:)
晒一晒严重依赖稀土的美军武器装备
作者:lutao66
稀土元素自18世纪末开始陆续发现,彼时不溶于水的固体氧化物统称为土。一般以氧化物状态分离,又很稀少,故名稀土。落实到化学元素周期表中,就是镧系元素--镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu),加上与其密切相关的钪(Sc)和钇(Y)共17种元素。  
大学上普化时喜欢用油菜人发明的顺口溜记诵:“烂事普女破衫,有个特低货儿丢一路”,过目不忘。更多科普详情,尽可放狗或摆渡,恕不赘述。
稀土一向享誉工业“黄金”和“维生素”,是许多重大武器系统的关键材料,堪称中国最丰富的战略资源。最近政府审时度势,果断收紧出口,可谓迟到的明政,善莫大焉。虽然眼下汉奸走私依旧猖獗,只要上面有决心,下大力整顿,实现行业有序管控并非难事。美日欧软肋被击,恬噪、抗议之声不绝于耳,完全在意料之中。因为TG这招实在是触到了他们的痛处。其实多年以来TG放任自流,这帮家伙早已占尽便宜。估计他们心里也清楚,中国人迟早会醒悟过来的。
N年前俺工作的部门地处三线,专长磁性材料和器件,因此对稀土在国防军工方面的应用略有所知。现在就手头掌握的资料,简单818严重依赖稀土的美军武器装备。
-通信系统:
卫星通信、对流层散射通信、脉冲和连续波雷达放大器以及各种通信链路离不开行波管和速调管
美军现役的所有侦察卫星、电子干扰设备、预警飞机、火控雷达、搜索跟踪警戒雷达、精密制导系统,都使用了大量高性能宽带大功率行波管/速调管,而制造这些高功率行波管的关键是高磁能积、低温度系数的钐钴和钕铁硼永磁体。(行波管用的永磁组件称为永磁聚焦系统,会聚电子束,控制流通率。)
美军星载和路基通信链路使用高功率掺钕钇铝石榴石掺铒-钬激光晶体进行视线通信链接。
美军战场光纤通信网路使用掺铒光纤和放大器,可由地面部队、作战车辆和直升机快速布网。特点是高容量,无衰减,耐温差,稳定抗串扰、干扰和截听。
-激光测距、目标标定和敌我识别:
美军坦克、战车装载和步兵便携式激光测距仪、目标标定器和敌我识别器均使用掺钕钇铝石榴石。车载装备测距范围约35公里,便携式至少为14公里。单兵目标标定器以编码激光束锁定目标的距离可达50公里,大功率机载标定器则可远至130公里。著名的艾布拉姆斯M1A1/2坦克主炮即配备雷声公司出品的掺钕钇铝石榴石激光测距、标定一体目标捕获器,晴天时可达近40公里观瞄距离,首发命中率极高。
美军大量装备的单兵、车载、机载和弹载敌我识别器均使用短脉冲掺铈紫外激光晶体,接收、识别并分析敌方目标类型、速度、方位,或施放电子干扰或先敌开火。导弹制导系统利用敌我识别器发送特定波长和模式的激光束,实时分析战场回波,迅速判定敌我,摧毁目标。
美海军机载电子干扰“神灯”系统使用蓝绿双频掺钕钇铝石榴石激光器搜索并捕获水雷。
--心理战装备:
美军攻心战和宣传战所使用的大功率扬声器,磁带/录像带、硬盘和CD/DVD驱动器等大量使用钕铁硼永磁体:战术欺骗的战例如美军特种部队潜入埃塞俄比亚:暗夜中在空橡皮筏上用扬声器播放舰艇、坦克和直升机混杂人声的录音,制造佯攻假象。特遣分队则声东击西,远在几英里外一处海滩悄然登陆。
--消音直升机:
Terfenol-D(国内又译:提拉法稀土铁合金粒子)是一种含镝铽-铁-镍三元合金稀土超磁致伸缩材料,最初由美海军研发用于声纳中做换能器。Terfenol-D和钐钴或钕铁硼永磁体一起应用于直升机上产生白噪声,抵消和掩盖旋翼的轰鸣。(机载传感器监测噪音或振动能阶,反馈计算机启动Terfenol-D激励器产生同频反相振动,实现消噪)
--雷达系统:
钐钴永磁用于行波管实现微波聚能外,钇铁石榴石(YIG)和钇钆石榴石(YGG)广泛应用于移相器、调谐器和滤波器中。如爱国者导弹系统制导及雷达控制部份。爱国者导弹系统相控阵阵列单元的磁环以及其它许多雷达和导弹中装备的射频环行器都离不开钇钆石榴石。雷达磁控管使用钐钴永磁汇聚电子束。而路基空管、侦察、搜索和火控雷达需大量配备磁控管。
陆基、机载和相控阵雷达系统内有时还包含正交场放大器,其带宽、增益和输出信号适中,但比传统微波管体积小,重量轻。输出信号需用钐钴磁体会聚。典型应用如美海军宙斯盾系统AN/SPY-1D雷达相控阵。美军一些雷达行波管、磁控管和其它部件的射电阴极管中还使用了氧化钇
--特种防护涂料:
金属钆是有效的防中子辐射涂料。在已知所有化学元素中钆的中子捕获截面最高,是吸收高能中子的理想材料。
--军用光学装备:
铈基化合物是多种军用光学镜片的优良抛光介质。镜片中添加氧化镧则可以提高光折射,降低散射。
精密抛光的光学透镜可用于测距、目标标定、观察、搜索、干扰、照相,以及有害激光波长、闪光盲、紫外和反射光的防护。
含稀土光学器件广泛应用于美军装备的望远镜、步枪瞄准具、激光标定和指示器、显微镜、护目镜、测距仪、夜视仪、照相机和滤波器中。
--声纳:
美海军正采用Terfenol-D超磁致伸缩材料替代舰艇和潜艇上大功率声纳等装备中原来使用的压电陶瓷材料。Terfenol-D对磁场的响应速度比机械装置快200倍。它还能瞬时变化尺寸以喷射适量燃油,因此可用作新型柴油喷射器。
Terfenol-D还可用于驱动器中,快速、有力和精确地调整、瞄准、平衡和控制激光、反射镜和透镜等各种装置。
振荡频率在16kHz到1GHz之间的稀土超声波换能器可用于军工超声焊接和超声机加工。
--军用计算机:
美军军用计算机大量使用钕铁硼永磁。具有抗振动、抗撞击和抗重力加速度特点的稀土马达和激励器广泛应用于机载、坦克、导弹和战场指挥控制中心的计算机系统内。
--电子对抗:
美军多种现役电子对抗装备中使用了稀土钆、钇和钐。如B1-B枪骑兵超音速超低空突防战略轰炸机上装有伊顿出品的AN/ALQ-161型尾部警戒防御组件(TWF)。使用一部脉冲多普勒雷达探测从后方来袭的导弹,及时释放电子诱饵并实施电子干扰。
另外,美海军阿利·伯克级驱逐舰DDG-51系列最新型号的混合动力驱动系统使用钕铁硼永磁。
日美联合进行的NMD和TMD导弹防御计划,需要消耗大量用以制造高灵敏度的导引头。(F-22的远程探测雷达和隐形座舱盖也都需要铟);
艾布拉姆斯M1A1/2坦克使用稀土装甲钢,大幅提高防护能力。(顺便提一句:上世纪60年代中,TG就已研制成功稀土碳钢,其横向冲击值比最初使用的原碳钢提高了70-100%)
美军还广泛使用稀土装甲钢制作大口径子弹,用稀土球墨铸铁制造迫击炮炮弹。使炮弹有效杀伤碎片数量增加数倍,并锐化碎片边缘,大幅度改善杀伤力。
zhh894217 发表于 2017-10-30 22:40 | 显示全部楼层

中科院光电技术所等
国内首次突破下一代太阳自适应光学技术



本报讯(记者丁佳)近日,在中科院云南天文台的协助下,中科院光电技术研究所研究员饶长辉带领的太阳高分辨力光学成像研究小组,成功突破下一代自适应光学——多层共轭自适应光学(MCAO)关键技术。该试验的成功,标志着我国在下一代自适应光学技术领域取得重大突破,使我国成为继美国和德国之后,第三个掌握太阳MCAO技术的国家。

研究人员利用所研制的太阳MCAO系统原理样机与云南天文台1米新真空太阳望远镜对接,成功实现对太阳活动区的大视场闭环校正成像观测,在国内首次利用MCAO技术获取到太阳活动区大视场高分辨力实时图像。

多层共轭自适应光学技术的发展和运用,将帮助太阳物理学家看到更加清晰、更加精细、更加动态化的太阳活动,加深人类对恒星乃至宇宙的认识,也将为空间环境监测和空间天气预报提供强有力的数据支撑。

科研人员透露,将在未来5年内为云南天文台1米新真空太阳望远镜配备一套专用的MCAO系统,从而实现该技术的成功运用。

据了解,对太阳活动进行准确预警和预报可以最大程度地避免灾害性空间天气对人类正常活动的影响,确保航天工程安全。
《中国科学报》 (2017-10-30 第4版 综合)
http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2017/10/328817.shtm
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