提高钠导星效率方法研究

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1、翁ｔＳｆＩｆ杰５￡博士学位论文提高钠导星效率方法研究：作者姓名：王建立研究员指导教师中国科学院长春光学精密机械与物理研究所工学博士学位类别：，学科专业：机械电子工程培养单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所＂博士学位论文提高钠导星效率方法研究作者姓名：刘杰指导教师:王建立研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所学位类别:工学博士学科专业:机械电子工程培养单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所2018年6月ResearchontheMethodsforImprovingtheEfficiencyof

2、SodiumGuideStarADissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofScienceinEngineeringByLiuJieSupervisor:ProfessorWangJianliChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysicsChineseAcademyofSciencesJune2018中国科学院大

3、学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研宄工作所取得的成果，，本论文不包含任何其。尽我所知除文中己经注明引用的内容外他个人或集体已经发表或撰写过的研宄成果。对论文所涉及的研宄工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明或致谢。、．作养签名：＾Ｉｊｆ．扣日期，．ｒ：９。』中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以按照学术研究公开原则和

4、保护知识产权的原则公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文ａ涉密及延迟公开的学位论文在解密或延迟期后适用本声明。作者签名义－、导师签名：０曰期曰期丨？摘要摘要钠激光导星是现代地基大口径自适应光学望远镜的关键技术之一，可以有效克服因自然导星数量不足导致的天空覆盖率低等问题。为了保证质心提取和波前重构的精度，自适应光学系统波前探测器要求导星达到一定的亮度，同时有较小的角宽度。而实际应用中由于激光功率低、激光模式与钠原子谱线耦合效率低、光束质量差及激光传输过程光学畸变等多种因素的作用，往往难

5、以获得理想的钠导星光斑。基于这些问题和工程应用的需要，本论文开展了对钠导星发射系统进行优化以提高导星效率的方法研究，主要完成了以下的工作。首先简要介绍了自适应光学技术和两种激光导星技术的基本原理及其应用情况，总结了国内外在提高钠激光导星效率方面的研究工作。然后从钠原子物理特性及其与激光相互作用等角度，分析与总结了影响钠原子D2谱线跃迁及辐射的各种因素。紧接着从激光光束传输的角度，探讨了影响该过程的三个主要因素：光束质量、光学系统畸变和大气湍流。本文选取四个具体方面开展了提高钠导星效率优化研究，分别为光学泵浦优化、光学再泵浦优化、激光扩束传输光路畸变校正

6、，以及提出一种基于瑞利后向散射的上行链路部分大气湍流校正方法。搭建了一套钠激光导星发射和观测实验系统，包括589nm激光器、激光扩束发射光路和2m观测望远镜平台，并在此平台上完成了部分技术的外场效果验证。为了实现光学泵浦，采用了圆偏振光激发钠原子。通过在光路中以特定角度插入四分之一波片，开展了外场实验，将共振散射光有效提高了31.9%。为了充分利用处于F=1基态的钠原子，实现光学再泵浦，采用了电光调制晶体将D2a谱线激光约10%能量调制至D2b谱线，实现双谱线激发钠原子，外场实验表明该方法可有效将钠导星返回光子数提升了25.6%。为了消除光路畸变对钠激

7、光远场分布的影响，提出了采用自适应光学技术校正光路畸变的方法，主要用于校正激光扩束传输光路的固有像差、装调像差以及长时间应用后因机械变形导致的像差。采用了两种方法初步实现了外场实验研究。第一种方法使用干涉仪和37单元变形镜组成自适应闭环系统，对自行加工装调I提高钠导星效率方法研究的主扩束转折光路进行检测与校正，同时还插入了哈特曼波前探测器用于辅助闭环。外场实验结果表明，当发射光路中约0.38λrms的畸变得到校正后，激光能量在钠层分布有效改善，导星光斑的中心灰度峰值提高了35.5%，而FWHM宽度则减小了13.5%。第二种方法采用无波前SPGD算法，利

8、用相机和变形镜组成闭环系统校正光路畸变，虽然变形镜存在一定的问题，仍然获得了导星光斑中心灰度峰