自适应光学在天文学领域的发展与趋势(3),天文学论文

　　2007年本研究组提出开环控制的液晶自适应光路[19],能够解决LCAO偏振光能量损失的问题[20],并为快速校正控制奠定了基础。2011年底，完成了一项国家自然科学基金重点项目“可见-近红外宽波段快速液晶自适应光学系统”,研制出400~950nm可见光全波段能量接收的LCAO系统，如图6所示，图中分色滤光片1和分色滤光片2均为700nm波长处分光的长波通分色片，LC1和LC2分别为校正S偏振光和P偏振光的液晶波前校正器，PBS为偏振分束棱镜。该系统不但没有偏振光损失，同时能够像变形镜AO系统那样将400~700nm高能量的短波段分配给哈特曼探测器，使探测曝光时间可以短至1ms、甚至亚毫秒，而700~950nm能量较弱的长波段分配给液晶波前校正器，然后到达成像CCD,恰到好处地发挥成像CCD能30倍于探测时间进行曝光的优势，同时长波处的大气湍流强度减弱

使液晶波前校正器的压力降低。另外该系统中的液晶波前校正器使用的是自行合成出的快速向列相液晶材料[21],并提出灰度级过量驱动方法，使液晶波前校正器在785nm位相调制量下的响应时间缩短到1.15ms;发掘了GPU专门处理器的CUDA计算功能，提出Zernike基函数的四象限对称算法[22],解决了数据传输速度与计算速度的矛盾，减少了3/4的计算延迟；LCAO系统从波前探测到校正完成的时间延迟（系统延迟）从研究初始的30ms减少到4ms（美国的双频LCAO系统是3.57ms[14]）。在重点基金的研究过程中，课题组将研制的LCAO系统与兴隆观测站的2.16m望远镜连结，2008年3月做了第一次恒星观测实验，当时的系统延迟20ms,看不出任何校正效果；2010年4月22日，系统延迟缩短到8ms,采样频率500Hz,再次在2.16m望远镜上对0.15视星等的αBoo星进行了观测，兴隆站平均r0约7cm,由于刚下过雨，当晚相对湿度一直处于60%以上，平均风速1.5m/s,但LCAO校正仍取得了较明显效果，如图7,（a）为校正前，（b）为校正后，验证了原理可行。
　　

　　
　　2010年本所研制的1.23m口径望远镜在本所园区（平均r0约6cm）投入使用，2010年10月18日液晶系统延迟缩短到7ms,与1.23m口径望远镜连接，即时检测r0约8cm,湍流格林伍德频率约50Hz,观测了国际空间站如图8,成像效果改善，校正前后图像边界的锐利程度差别很大，说明分辨率的提高。
　　