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钠导星阵列位置不确定度对多层共轭自适应光学系统性能退化研究

批准号:
62105047
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
黄建
依托单位:
学科分类:
应用光学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄建

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
为了进一步揭示宇宙未来是进入大坍塌还是大撕裂状态这一终极科学问题,利用钠导星多层共轭自适应光学(MCAO)系统对星体进行大视场高分辨观测成为了最有力的手段之一。本项目针对激光上行路径湍流倾斜像差导致钠导星偏离理想指向位置,引起整个导星阵列分布的退化,从而降低MCAO系统性能这一问题进行研究。首先,从激光在大气中传输的机理出发,分析上行路径倾斜像差对钠导星位置不确定度的影响,从而建立整个钠导星阵列分布退化的数值模型,并进行全过程仿真验证。第二,根据层析原理,建立钠导星阵列分布与MCAO系统性能的内在模型,并开展室内模拟实验,验证理论正确性。第三,在前期研究基础上,研制钠导星阵列倾斜预校正发射系统,稳定钠导星阵列形状。本项目的实施不仅能够提升我国天文观测水平,具有一定现实意义。同时还将推动我国望远镜发展,抢占天文观测制高点,具有一定先导意义。
英文摘要
In order to further reveal that the ultimate scientific question of whether the future of the universe will enter a state of great collapse or great tearing, the Multi-conjugate adaptive optics(MCAO) system with sodium laser guide star(LGS) becomes one of the most powerful method on observation of star cluster with large field of view and high resolution. This project makes depth research on the performance degradation of the MCAO system that the position of the sodium LGS shift from the ideal pointing position, and the degradation of the entire LGS asterism distribution, which is caused by the tip-tilt aberration on the laser uplink path. First of all, based on the mechanism of laser transmission in the atmosphere, analyzing the effect of the uplink tip-tilt aberration on the uncertainty of the position of the sodium LGS, the numerical model for the degradation of the sodium LGS asterism distribution can be obtained, and a numerical simulation program will be conducted. Secondly, based on the principle of tomography, the inherent model between sodium LGS asterism distribution and system performance can be obtained, and a laboratory experiments will be conducted to verify the correctness of the theory. Thirdly, based on our previous work, a LGS launch system with pre-correction of the tip-tilt aberration on the uplink path will be developed, and the spot position of sodium LGS asterism can be stabilized. The implementation of this project can not only improve the level of astronomical observation in China for the practical significance. At the same time, it will also promote the development of telescopes in China and seize the commanding heights of astronomical observation, which has a certain leading significance.
利用钠导星阵列多层共轭自适应光学(MCAO)系统对大气湍流引入的波前畸变进行分层共轭补偿,可以使大口径地基望远镜在大视场范围内获得近衍射极限成像。但是钠激光上行路径湍流导致钠导星阵列光斑形态退化,将直接影响校正效果。本项目首先建立了钠激光在大气湍流中的传输模型,深入研究了上行路径湍流对钠导星光斑形态、位置的退化规律。其次,根据MCAO层析探测的基本原理,将钠导星阵列形态和位置的影响反映为整个视场内SR的变化,确定了一定视场下最优的钠导星阵列排布。同时,开展了基于钠导星阵列的激光层析自适应光学(LTAO)波前探测仿真分析。第三,为了探测上行路径湍流的倾斜像差,采用330nm激光一级激发钠原子,得到330nm+589nm多色导星,根据激光与钠原子作用过程的规律,得到了两种波段回光的耦合效率,结合光斑形态,从而获得了回光数并确定了激光器功率的需求。第四,为了探测上行路径高阶像差,采用了上行激光瑞利散射回光作为信标,并分析了该离焦瑞利导星在小孔径望远镜时的性能。同时,利用第二代300mm钠导星发射系统,在兴隆天文台实验验证了瑞利散射回光的正确性。并利用该结论,分析了瑞利导星波前探测性能。最后,研究了光场探测这一算法,可以实现幅值和相位畸变的同时探测,为分离两种波段光斑质心奠定基础;同时还针对实际天文观测时出现湍流欠采样导致后端AO性能降低这一问题进行了分析,从而保证了实际天文观测的运行效率。本项目的实施,将为天文矢量AO的发展,空间激光通信甚至生物精细观测像差校正提供指导意义。
钠信标指向位置偏移对多层共轭自适应光学系统性能退化研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    黄建
  • 依托单位:
国内基金
海外基金