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大口径望远镜的可见光液晶自适应高分辨成像系统核心技术
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2015
  • 中图分类:
    TH754
  • 关键词:
  • 成果简介:
    大口径望远镜的可见光自适应光学成像技术对国家领空防御和外空间开发具有重要战略意义。由于大气湍流在可见波段远强于红外波段,受大气相干长度r0限制,数米大口径望远镜的成像分辨率仅与0.1米口径的相当。国内外均采用变形镜校正湍流波前,但其单元数较少,在可见光波段国际上最大匹配5.1米口径望远镜,匹配1.5米以上口径的变形镜对中国禁运,国内自主研发最大匹配仅1.8米。因此高达百万像素、具有10米口径匹配潜力的液晶自适应系统成为研究热点,但国内外均未突破其校正速度慢和能量利用率低的瓶颈。该项目实现了可见光的液晶自适应光学成像技术实用化。主要发明点:发明了一种低压驱动的快速液晶校正器制备方法:提出以硫氰基、炔键等大电子云基团与强电负性氟原子为基本单元的液晶分子设计方法,合成出高△n、低粘度向列相液晶材料,6V驱动下液晶响应时间从10ms缩短到1ms;发明了过渡灰度级驱动技术,减小校正器响应拖尾;研制出分子自组装取向膜,解决了校正器的速度稳定性问题。以上发明使液晶校正器响应时间缩短到0.65ms,符合实用要求,且适合大规模IC(<10V)驱动;中等规模IC驱动的液晶校正器具有26万像素、能匹配8米口径,突破了变形镜匹配5.1米的瓶颈。发明了双液晶校正器的开环控制液晶自适应光学成像系统:突破变形镜闭环控制理念,发明了开环控制的自适应光学成像系统,其中探测与校正支路以波段分光、双液晶校正器分别校正P和S偏振光,消除了液晶偏振光能损失和色散光能损失,在1.23米望远镜上的探测能力达到5.5视星等,达到国际变形镜系统的同等能量利用率。发明了基于液晶校正器的快速波前重构技术:提出Zemike模式波前的四象限对称算法,在图形处理器(GPU)中实现了百微秒级的高速波前重构,解决了液晶校正器26万像素导致的数据处理延时长的技术难题。获授权发明专利15件,SCI论文84篇。对自适应光学技术发展起到推动作用;发起液晶自适应光学研究的G.D.Love教授和E.Mallen教授分别在《Optics Express》上评述;该项目的驱动技术是提高液晶校正器速度的关键技术;其进步已使开环自适应系统成功应用在天文学领域。龚惠兴院士等领域专家鉴定:“快速响应液晶校正器、高能量利用率的双路校正开环控制光路具有重大创新,居国际领先”。在国家天文台2.16米望远镜上“运行良好”;在1.23米望远镜上拍得在轨“天宫1号”等航天器清晰图片。2013年被采纳配装于2米望远镜,经济效益1.4亿元;迄今还未有工程化液晶自适应望远镜的报道,该成果将大力推动天文研究和国防科技的发展。鉴于液晶校正器造价低、匹配口径大的优势,市场竞争力强,将带动大口径望远镜制造业的发展。
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