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自适应光学技术经过近三十年的不断发展,到目前为止,已经在天文观测高分辨率成像、激光光束质量改善、工业和医疗等很多领域取得了比较成功的应用;然而,对应用于天文观测的自适应光学系统而言,目前仍然只能在夜间或极弱背景光条件下工作,工作时段和应用范围都受到很大限制;拓展自适应光学系统的应用范围,是当前自适应光学领域得以继续发展和开拓的一个很重要的研究课题。
本文在自适应光学技术已经成熟的理论和工程经验的基础上,以如何在白天强背景条件下进行波前探测为核心研究内容,研究了如何在白天强天光背景条件下进行可靠和高精度的波前探测,研究了白天强天光背景下基于视场偏移原理的哈特曼波前传感器在进行波前探测时的各种性能,研究了如何建立白天自适应光学系统,如何实现在白天条件下对点源目标光进行波前探测、校正和高分辨率成像等关键技术。
围绕着本课题的核心研究内容,本论文首次提出了“视场偏移原理模型”,通过深入的理论分析、公式推导、仿真计算和卓有成效的实验验证了“视场偏移原理模型”应用于白天强背景条件下波前探测的可行性和精确性,设计并加工了多种工程实用的视场偏移哈特曼波前传感器,对视场偏移哈特曼波前传感器的误差理论进行相应的理论分析,实验结果与理论分析吻合;首次建立了一套可以用于强背景条件下对目标光进行波前探测、校正的白天自适应光学系统,取得了预期的校正效果:同时,对白天自适应光学系统在白天一般天光背景强度下的探测能力进行了估算,提出了下一步工作计划和切实可行的得以继续提高白天自适应光学系统工作效率的措施。
另外,本文还对白天波前探测、白天自适应光学应用的很多支撑技术方面进行了比较深入的研究工作,研究了白天条件下天体目标和天光背景在自适应光学系统内的光辐特性,研究了夏克-哈特曼波前传感器的误差理论并发展,加深了其理论背景,得到了一些有实际意义的理论公式;同时,本论文还对“视场偏移原理模型”在其他领域的应用作了一些仿真和分析的工作,从理论和仿真上证明了“视场偏移原理模型”用于强背景条件下光电成像跟踪系统的可行性。
总而言之,本论文在自适应光学系统的理论建设和工程应用上,做了大量的开拓性创新性的工作,为白天自适应光学的起步和发展做出了卓有成效的理论、工程上的研究工作,为拓展自适应光学系统的工作时段、提高其工作效率、开发更多的应用领域积累了一定程度的理论知识和工程经验。