|
Продолжительность:
1 сентября - 15 декабря
(14 двухчасовых лекций)
Слушатели:
студенты 5-го курса
кафедры ОФВиП, физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
(около 15 студентов)
Описание:
Курс представляет основные
принципы адаптивной оптики, включая проблемы прохождения света
через искажающую среду, фазовой коррекции, статистического
анализа фазовых искажений. Рассматривается также проблема
анизопланатизма в адаптивной оптике. Курс знакомит студентов с
основами фазовых измерений и техникой фазовой коррекции в
адаптивной оптике, а также некоторыми её приложениями.
Программа курса:
1.
Задачи управления параметрами
оптической системы.
Повышение углового разрешения астрономических телескопов и
ограничения, вносимые атмосферной турбулентностью. Фазировка
многозеркальных телескопов. Звездный интерферометр Майкельсона.
Фокусировка лазерного пучка сквозь турбулентную
атмосферу.Обращение волнового фронта и фазовое сопряжение.
Проблема спеклов. Компенсация оптических внутрирезонаторных
неоднородностей в лазерах и проблема формирования
дифракционно-ограниченых пучков.
2.
Аберрации оптических систем.
Линейные оптические системы и способы их описания.
Преобразование комплексной амплитуды. Импульсная реакция и
передаточная функция. Учет аберраций. Обобщенный принцип
Гюйгенса-Френеля Передаточная функция оптической системы с
аберрациями. Некогерентные системы. Оптическая передаточная
функция (ОПФ) и частотно-контрастная характеристика изображающей
системы. Число Штреля и нормированное разрешение системы, их
зависимость от силы аберраций.
3.
Разложение аберраций по ортогональным функциям.
Свойства ортонормированных систем функций. Полиномы Цернике [см.
Полиномы Цернике]. Коэффициенты аберраций. Случайные аберрации и
способы их описания. Корреляционная матрица аберрационных
коэффициентов. Усредненные характеристики оптической системы.
Средняя квадратичная фазовая ошибка. Приближенные выражения для
разрешения системы и числа Штреля.
4.
Атмосферные аберрации.
Флуктуации показателя преломления в турбулентной атмосфере.
Структурная функция флуктуаций фазы. Радиус корреляции
(Фридовский радиус). ОПФ и число Штреля в случае фазовых
флуктуаций. Корреляция коэффициентов аберраций в атмосфере.
Выражение корреляционных коэффициентов через структурную функцию
фазы. Зависимость дисперсии коэффициентов от размера апертуры и
радиуса корреляции.
5.
Компенсация аберраций
управляемыми фазовыми корректорами.
Типы корректоров и схемы их применения. Адаптивные оптические
системы. Идеальный модальный корректор ВФ. Потенциальная
эффективность модального корректора при компенсации атмосферных
искажений. Выражение для остаточной квадратичной ошибки.
Распределение остаточной ошибки по апертуре в зависимости от
числа степеней свободы корректора.
6.
Способы управления корректором в адаптивных системах.
Типичные схемы адаптивных систем. Системы фазового сопряжения и
апертурного зондирования. Структура управления системами с
датчиком ВФ. Источники погрешностей и их вклад в общую
остаточную ошибку. Организация поиска максимума в системах
апертурного зондирования. Выбор критерия качества. Проблема
локальных экстремумов. Достоинства и недостатки систем
апертурного зондирования.
7.
Анизопланатизм адаптивных
систем.
Угол изопланатизма идеальной адаптивной системы в турбулентной
атмосфере. Влияние флуктуаций средней фазы и наклонов ВФ.
Анизопланатизм при модальной коррекции. Длинноэкспозиционные и
короткоэкспозиционные изображения. Способы расширения поля
зрения адаптивной системы. Методы улучшения качества
зарегистрированных изображений.
8.
Амплитудные флуктуации в адаптивных системах.
Флуктуации интенсивности в атмосфере. Спеклы и особенности
спекл-полей. Слабые флуктуации амплитуды и их описание.
Структурная функция волны. Влияние амплитудных флуктуаций на ОПФ
и число Штреля. Остаточная ошибка и точность фазовых измерений
при наличии флуктуаций амплитуды.
9.
Измерение искажений ВФ в адаптивной оптике 1.
Измерение локальных наклонов. Принципиальные ограничения:
дробовой шум фотонов, шумы фотоприемника. Сдвиговые
интерферометры: вращающиеся дифракционные решетки, двухканальная
и совмещенная схемы; оценки чувствительности.
10.
Измерение искажений ВФ в
адаптивной оптике 2.
Интерферометр поперечного сдвига с голографическим фильтром;
интерферометр радиального сдвига. Датчик Шарка-Гартмана.
Позиционная характеристика; оценки точности и чувствительности.
Датчик кривизны ВФ. Характеристики современных схем датчиков ВФ.
11.
Восстановление ВФ по измеренным локальным наклонам.
Восстановление профиля ВФ метод наименьших квадратов. Вычисление
коэффициентов аберраций; разложение по функциям отклика
корректора. Восстановление ВФ с учетом статистики фазовых
искажений (байесовский подход).
12.
Методы высокоразрешающей
фазовой коррекции.
Жидкокристаллические пространственные модуляторы фазы и
адаптивные системы с оптической обратной связью. Основное
уравнение системы; принципиальные ограничения. Методы
визуализации фазовых искажений: дефокусировка и свободное
распространение; преобразование Гильберта; интерферометр
поперечного сдвига и голографический фильтр; интерферометр
радиального сдвига.
13.
Проблема опорного источника в астрономии.
Методы создания искусственных опорных источников: Рэлеевское
рассеяние в атмосфере; использование натриевых слоев,
возбуждаемых лазерным излучением. Проблема измерения средних
наклонов. Анизопланатизм измерения ВФ с использованием
искусственного опорного источника. Системы с многими опорными
источниками.
14.
Современные применения
адаптивной оптики.
Коррекция фазовых искажений лазерных пучков в задачах ЛТС и
системах формирования фемтосекундных лазерных импульсов; системы
внутрирезонаторной коррекции термоаберраций в активных элементах
технологических лазеров средней мощности. Формирование заданного
распределения интенсивности в пучке технологического СО2 лазера.
Использование адаптивной оптики в офтальмологии: измерение
аберраций глаза человека; повышение разрешения изображений
сетчатки в ретиноскопии; многоспектральная ретиноскопия.
Лекции:
· № 1. Вводная.
· № 2. Изображающие
системы с линзой.
· № 3. Некогерентные
системы.
· № 4. Измерение
искажений ВФ в адаптивной оптике. Часть I.
· № 5. Измерение
искажений ВФ в адаптивной оптике. Часть II.
· № 6. Измерение
искажений ВФ в адаптивной оптике. Часть III.
· № 7.
Статистическое описание случайных аберраций.
· № 8. Аберрации в
турбулентной атмосфере. Часть I.
· № 9. Аберрации в
турбулентной атмосфере. Часть II.
· № 10.
Эффективность адаптивной фазовой коррекции.
· № 11. Корректоры
ВФ и особенности их применения.
· № 12. Системы
апертурного зондирования.
· № 13. Адаптивные
системы с оптической обратной связью.
· № 14. Проблемы
создания Лазерных Опорных Звезд (ЛОЗ).
· Все лекции в одном
архиве.  |
