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基于微变形反射镜自适应光学系统原理与实验研究

方迪  
【摘要】:自适应光学是一门集科学性和工程性为一体的综合性学科,它研究实时自动改善光波波前质量的理论、系统、技术和工程,它具有传统光学系统所无法比拟的优越性能,在军事和民用领域有着非常广泛的应用前景。 大气湍流等动态干扰使光波面相位发生畸变,使光学系统的分辨率无法达到其衍射极限,而自适应光学系统应用变形镜对光波面进行相位调制,赋予了光学系统能动可变的能力而有效解决了动态干扰问题。使用MEMS 技术制造的变形镜由于其体积小,成本低,能耗低,响应快及集成度高等传统变形镜不具备的特点,成为变形镜发展的主流方向。 在基本理论方面,本论文从传统的自适应光学理论入手,通过对组成自适应光学系统的重要部分的研究分析,根据本课题的实际需要,确定微变形镜的配置方案,课题中微变形镜选用37 单元静电驱动连续表面变形镜,这种变形镜残余应力小,表面质量好,符合实验的要求。在分析方面,主要针对变形镜的电压——位移曲线,影响函数进行了研究,推导出电压控制矩阵,从而实现对波前像差的校正。在实验研究方面,主要对变形镜的几个重要性能进行了测试,并由推导的变形镜电压控制矩阵成功实现了对实验用闭环自适应光学系统的校正能力测试。 论文共分七章,第一章是绪论,介绍课题的来源和意义,微变形反射镜的应用领域,国内外研究的现状及前景。第二章重点分析与讨论自适应光学的基本理论,其中包括自适应光学系统组成,波前复原,特性评价指标,总体误差分析等方面。第三章具体讨论并确定了微变形反射镜的重要技术指标,根据课题需要,确定了微变形镜的类型。第四章对变形镜的影响函数进行了大量实验测试,从而建立了变形镜的电压控制矩阵,为实验用自适应光学校正系统奠定了基础。第五章通过基于微机的37 单元自适应光学系统平台,完成了系统的闭环校正实验,达到了实验预期目的。第六章对整个变形镜测试、参数和性能以及自适应光学闭环实验进行了总结,并提出了一些完善改进方案。


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