Методика повышения энергетической эффективности адаптивной оптической системы

Аннотация

Приведены методика светоэнергетического расчета датчика волнового фронта с усилителем яркости и способ, позволяющий получить первичную гартманограмму с минимальной погрешностью для датчика волнового фронта. Проанализированы требования к техническим характеристикам видеокамер, используемых в адаптивных оптических системах, и рассмотрены ключевые требования к ним. Показаны необходимость и преимущества применения в составе датчика волнового фронта электронно-оптического преобразователя. Приведены расчеты отношения сигнал/шум для датчиков на основе скоростных видеокамер с усилителем яркости и без него. Выявлено, что применение электронно-оптического преобразователя в адаптивных оптических системах, используемых на горизонтальных трассах, существенно увеличивает дальность их работы. Показано, что разработанная методика светоэнергетического расчета выявляет преимущества адаптивных оптических систем с датчиками волнового фронта на основе электронно-оптического преобразователя, а способ получения референсной гартманограммы позволяет получить волновой фронт с минимальной погрешностью относительно математически рассчитанного идеального. Отмечено, что результаты приведенного исследования указывают на возможность получения референсной гартманограммы в условиях, приближенных к работе на трассах с повышенной турбулентностью, что улучшает качество работы адаптивных оптических систем

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Сахаров А.А., Животовский И.В., Карасик В.Е. и др. Методика повышения энергетической эффективности адаптивной оптической системы. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2024, № 4 (149), с. 76--91. EDN: ULBDDF

Литература

[1] Nikitin A., Sheldakova J., Kudryashov A., et al. Hartmannometer versus Fizeau Interferometer: advantages and drawbacks. Proc. SPIE, 2015, vol. 9369, art. 936905. DOI: https://doi.org/10.1117/12.2085263

[2] Platt B., Shack R.J. History and principles of Shac --- Hartmann wavefront sensing. J. Refract. Surg., 2001, vol. 17, no. 5, pp. 573--577. DOI: https://doi.org/10.3928/1081-597X-20010901-13

[3] Primot J. Theoretical description of Shack --- Hartmann wavefront sensor. Opt. Commun., 2003, vol. 222, no. 1-6, pp. 81--92. DOI: https://doi.org/10.1016/S0030-4018(03)01565-7

[4] Babcock H.W. The possibility of compensating atmospheric seeing. PASP, 1953, vol. 65, no. 368, pp. 229--236. DOI: https://doi.org/10.1086/126606

[5] Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М., Наука, 1967.

[6] Tyson R.K. Principles of adaptive optics. New York, Academic Press, 1998.

[7] Шанин О.И. Адаптивные оптические системы коррекции наклонов. Резонансная адаптивная оптика. М., Техносфера, 2013.

[8] Тараненко В.Г., Шанин О.И. Адаптивная оптика в приборах и устройствах. М., ЦНИИатоминформ, 2005.

[9] Cornelissen S., Hartzell A., Stewart J., et al. MEMS deformable mirrors for astronomical adaptive optics. 1st AO4ELT Conf. --- Adaptive Optics for Extremely Large Telescopes, 2010, art. 06003. DOI: https://doi.org/10.1051/ao4elt/201006003

[10] Galaktionov I., Nikitin A., Sheldakova J., et al. Focusing of a laser beam passed through a moderately scattering medium using phaseonly spatial light modulator. Photonics, 2022, vol. 9, no. 5, art. 296. DOI: https://doi.org/10.3390/photonics9050296

[11] Лукин В.П. Атмосферная адаптивная оптика. Новосибирск, Наука, 1986.

[12] Soloviev A., Kotov A., Perevalov S., et al. Adaptive system for wavefront correction of the PEARL laser facility. Quantum Electron., 2022, vol. 50, no. 12, pp. 1115--1122. DOI: https://doi.org/10.1070/QEL17446

[13] Segel M., Zepp A., Anzuola E., et al. Optimization of wavefront-sensorless adaptive optics for horizontal laser beam propagation in a realistic turbulence environment. Proc. SPIE, 2017, vol. 10408, art. 104080E. DOI: https://doi.org/10.1117/12.2276240

[14] Карасик В.Е., Орлов В.М. Локационные лазерные системы видения. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013.

[15] Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приемниками излучения. М., Университетская книга, Логос, 2011.

[16] Holst G. Electro-optical imaging system performance. Washington, SPIE Optical Engineering Press, 2003.

[17] Hatheway A.E., ed. Actuator technology and application. Inter. Symp. Optical Sc., Eng., Instr., 1996, vol. 2865.

[18] Харди Д.У. Активная оптика: новая техника управления световым пучком. ТИИЭР, 1978, т. 66, № 6, c. 31--85.

[19] Трубицина Е.В., Животовский И.В., Сахаров А.А. Юстировка прибора с датчиком волнового фронта с использованием точностных характеристик датчика. Контенант, 2019, № 3-2, с. 50--62.

[20] Барышников Н.В., Денисов Д.Г., Джумамуратова А.А. и др. Разработка и исследование оптико-электронного прибора на основе датчика волнового фронта для контроля параметров формы интраокулярных линз. Измерительная техника, 2019, № 1, с. 27--30. DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-1-27-30