用于开环液晶自适应光学系统的模式预测技术研究

刘超; 胡立发; 穆全全; 曹召良; 胡红斌; 张杏云; 芦永军; 宣丽

doi:10.7498/aps.61.129501

摘要

时间延迟误差是液晶自适应光学系统的一个最主要的误差源. 本文提出了一种利用智能模式预测迭代最小二乘(RLS)模式预测算法来克服其对成像分辨率的影响. 首先, 介绍了具有RLS模式预测能力的开环液晶自适应光学系统的结构和工作原理. 其次, 详细讨论了RLS模式预测算法的实现过程. 再次, 设计和搭建了一套带有液晶湍流模拟器的开环液晶自适应光学系统, 对RLS模式预测算法的预测效果进行了分析, 并和直接开环校正做了比较. 分析结果表明: 当系统处于中等强度湍流条件(大气相干长度r0=6 cm, Greenwood频率fG=35 Hz)和只有时间延迟误差情况下, 经过RLS预测后, 残差波面的RMS值由直接校正的0.26波长(1波长=785 nm)降低到了0.15波长, 校正效果提高了42%. 最后, 对预测前后自适应光学系统的成像效果进行了对比试验. 实验结果显示, 经过预测以后, 系统的成像分辨率由直接开环校正的25.4 cycles/mm提高到了32.0 cycles/mm, 成像分辨率提高了26%, 达到了0.9倍的衍射极限分辨率. 因此, RLS模式预测技术可以有效的提高开环液晶自适应系统的成像分辨率.

关键词:

Abstract

In order to reduce the time delay of the liquid-crystal (LC) adaptive optics system (AOS) which reduces the image resolution of the observed objects, we present a new technique for the first time which is called recursive least square (RLS) modal prediction of turbulent wavefront. First, we introduce the structure of the open-loop LC AOS with RLS predictor. Second, we present the RLS modal prediction algorithm in detail. Third, an actual open-loop LC AOS is designed and built, and the RLS prediction is carried out on it. It is shown that under a pure time delay system and the turbulent condition with Greenwood frequency of 35Hz and Fried parameter of 6 cm, after prediction the residual wavefront error reduce to 0.15 wave (wave=785 nm) from 0.26 wave that is obtained through the direct open loop correction. The prediction gain reaches 42%. Finally, the images obtained by the open-loop AOS with and without prediction are demonstrated. With direct correction without prediction, the image resolution reache 25.4 cycles/mm. After the correction with RLS prediction, the image resolution reaches 32.0 cycles/mm which is equal to 0.9 of the diffraction limit resolution of the system. Therefore, with respect to correction without prediction, a relative gain of 26% in image resolution is achieved with RLS prediction. In conclusion, the RLS modal prediction can improve the image resolution of the open-loop LC AOS effectively.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 长春 130033;

2.
中国科学院研究生院, 北京 100039;

3.
大连民族学院光电子技术研究所, 大连 116600

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60736042, 50703039)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Applied Optics, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China;

2.
Graduate school of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China;

3.
Optoelectronic Institute of Dalian Nationalities University, Dalian 116600, China

Funds: roject supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos. 60736042,50703039).

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