Экспериментальные исследования влияния потери данных измерений на качество реконструкции искажённого атмосферной турбулентностью волнового фронта датчиком Шэка–Гартмана

Ссылка для цитирования:

Больбасова Л.А., Лукин В.П., Соин Е.Л. Экспериментальные исследования влияния потери данных измерений на качество реконструкции искажённого атмосферной турбулентностью волнового фронта датчиком Шэка–Гартмана // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 8. С. 25–34. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-08-25-34

Bolbasova L.A., Lukin V.P., Soin E.L. Experimental studies of the influence of loss of measurement data on the quality of reconstruction of a wavefront distorted by atmospheric turbulence using a Shack–Hartmann sensor [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 8. P. 25–34. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-08-25-34

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Искажённый атмосферной турбулентностью волновой фронт лазерного излучения. Цель работы. Экспериментальная оценка влияния потери данных измерений при виньетировании и центральном экранировании входного зрачка оптической системы на реконструкцию датчиком Шэка–Гартмана, искажённого атмосферной турбулентностью волнового фронта лазерного излучения, распространяющегося на горизонтальной атмосферной трассе. Метод. Экспериментальные исследования выполнены при распространении лазерного излучения на горизонтальной атмосферной трассе для различных коэффициентов экранирования и виньетирования. Результаты анализируется в терминах полиномов Цернике. Основные результаты. Представлены результаты экспериментальных исследований реконструкции волнового фронта лазерного излучения, искажённого атмосферной турбулентностью, датчиком Шэка–Гартмана при виньетировании и центральном экранировании входного зрачка оптической системы. Показано, что влияние центрального экранирования несущественно для восстановления волнового фронта, и только имеющее место занижение сферической аберрации может потребовать доработки алгоритма адаптивной коррекции при работе систем адаптивной оптики. При виньетировании зрачка наиболее завышены значения аберрации кома. Практическая значимость. Датчик волнового фронта — ключевой элемент адаптивной оптической системы, от правильности измерений которого зависит конечный результат коррекции искажений волнового фронта оптического излучения. Полученные в работе результаты исследования имеют значение при разработке адаптивных оптических систем передачи и фокусировки лазерного излучения сквозь атмосферу.

Ключевые слова:

адаптивная оптика, аберрации волнового фронта, атмосферная турбулентность, датчик Шэка–Гартмана

Благодарность:

работа выполнена в рамках государственного задания Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН.

Коды OCIS: 010.1080, 010.7350, 110.1080

Список источников:

1. Больбасова Л.А., Лукин В.П. Вопросы измерения наклона волнового фронта // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 11. С. 16–23. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-11-16-23
2. Волков М.В., Богачев В.А., Стариков Ф.А., Шнягин Р.А. Численные исследования динамической адаптивной фазовой коррекции турбулентных искаREFERENCES жений излучения и оценка их временных характеристик с помощью датчика Шэка–Гартмана // Оптика атмосферы и океана. 2021. Т. 34. № 7. С. 547–554. https://doi.org/10.15372/AOO20210710
3. Lukin V.P., Kopylov E.A., Lavrinov V.V., Selin A.A. Methods of image correction formed on horizontal long paths // Proc. SPIE. 2018. V. 10677. P. 106773R-1-8. https://doi.org/10.1117/12.2309327
4. Bolbasova L.A., Gritsuta A.N., Lavrinov V.V., Lukin V.P., Kopylov E.A., Selin A.A., Soin E.L. Design and development adaptive optical system installed on smallaperture telescope with predictive algorithm // Proc. SPIE. 2020. V. 11560. P. 115600K-1-10. https://doi.org/10.1117/12.2571462
5. Банах В.А., Гордеев Е.В., Кусков В.В., Ростов А П., Шестернин А.Н. Управление начальным волновым фронтом пространственно частично когерентного пучка методом апертурного зондирования по сигналу обратного атмосферного рассеяния. I. Экспериментальная установка // Оптика атмосферы и океана. 2021. Т. 34. № 08. С. 599–605. https://doi.org/10.15372/AOO20210805
6. Михельсон Н.Н. Оптические телескопы. Теория и конструкция. М.: Наука, 1976. 512 с.
7. Hakobyan A.V. Aperture shapes and the effectiveness of ground-based large and extremely large telescopes // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2020. V. 496. № 4. P. 5414–5422. https://doi.org/10.1093/mnras/staa1792
8. Huang J., Yao L., Wu S., Wang G. Wavefront reconstruction of Shack–Hartmann with under-sampling of sub-apertures // Photonics. 2023. V. 10. № 65. P. 1–14 https://doi.org/10.3390/photonics10010065
9. Кучеренко М.А., Лавринов В.В., Лавринова Л.Н. Реконструкция искажённого атмосферной турбулентностью волнового фронта с учётом оптической схемы телескопа // Автометрия. 2019. Т. 55. № 6. С. 117–125. http://doi.org/10.15372/AUT20190615
10. Bonnefond S., Tallon M., Le Louarn M., Madec P.-Y. Wavefront reconstruction with pupil fragmentation: study of a simple case // Proc. SPIE. 2016. V. 9909. P. 990972-1-6. https://doi.org/10.1117/12.2234034
11. Ларичев А.В., Ирошников Н.Г. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Специализированное программное обеспечение для обработки изображений». Версия 13 (Shah) № 2021619024 от 03.06.2021 г.
12. SHAHQ. Руководство оператора 643.ВДАШ.62.01.29-01 34 02. 2021. 122 c.
13. Андреева М.С., Ирошников Н.Г., Корябин А.В., Ларичев А.В., Шмальгаузен В.И. Использование датчика волнового фронта для оценки параметров атмосферной турбулентности // Автометрия. 2012. Т. 48. № 2. С. 103–111.
14. ГОСТ Р ИСО 15367-2-2012 Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерения формы волнового фронта пучка лазерного излучения. Часть 2. Введ. 01.07.13. М.: Стандартинформ, 2013. 16 с.
15. Noll R.J. Zernike polynomials and atmospheric turbulence // J. Opt. Soc. Am. 1976. V. 66. № 3. P. 207–211.
16. Борн М., Вольф Э. Основы оптики / 2-е изд. Перевод с англ. Бреуса С.Н., Головашкина А.И., Шубина А.А. Под ред. Мотулевич Г.П. / М.: Наука, 1973. 720 с. estimation of their frequency bandwidth with a Shack–Hartmann wavefront sensor // Atmospheric and Oceanic Optics. 2022. V. 35. № 3. P. 250–257. https://doi.org/10.1134/S1024856022030174