Главная – Журналы – Поиск по журналам

Рассматривается один из вариантов подхода к определению минимального набора параметров адаптивной системы, работающей в целях минимизации искажений, возникающих в современных оптико-электронных системах. В качестве основного искажающего воздействия принимается атмосферная турбулентность, которая является одним из наиболее серьёзных ограничений, возникающих при формировании оптического излучения в атмосфере. Предложены следующие базовые параметры системы: число степеней свободы, требуемая полоса частот (динамическая характеристика), ограничение на спектральные характеристики, а также определены некоторые параметры опорного источника (размер, положение, свойства). Результаты анализа получены в виде аналитических функций, что позволяет осуществить расчёты параметров адаптивной системы, применимой к широкому классу сценариев использования оптико-электронных систем в атмосфере.

На основе современных технологий параллельного программирования создано программное обеспечение для компьютерного исследования алгоритмов и схем адаптивной оптики в атмосферных лазерных приложениях. Модель адаптивной оптической системы (АОС) включает в себя: геометрии излучающей апертуры и трассы распространения пучка; вертикальные профили параметров атмосферы; параллельный алгоритм расщепления с фурье-преобразованием для решения уравнений дифракции и распространения волн; динамическую модель «замороженной» атмосферной турбулентности с большим диапазоном масштабов; модели датчика волнового фронта и управляемого деформируемого зеркала. В качестве вычислительного устройства использовался стандартный настольный системный блок, содержащий 6-ядерный 12-потоковый процессор Intel® Core™ i7-970 с максимальной частотой 3,5 ГГц и графический ускоритель NVIDIA® GeForce GTX 580, имеющий 512 универсальных процессоров, работающих на частоте 1,5 ГГц. Представлены результаты моделирования АОС для формирования изображения и фокусировки лазерных пучков в целях оценки эффективности адаптивной оптики на атмосферных трассах.

Представлены результаты исследования и сопоставления схем записи динамических голографических решёток в жидкокристаллическом пространственном модуляторе света, обеспечивающих асимметризацию профиля решётки и тем самым существенное повышение её дифракционной эффективности. Рассмотрены три подхода: цифровой, аналоговый и самоасимметризация профиля за счёт вторичного поля, наведённого в объёме нематика. Показано, что первые два способа осуществляют запись решёток с малой пространственной частотой (единицы лин./мм) с примерно одинаковой степенью асимметризации (потенциальная величина дифракционной эффективности в первый порядок 70-75 %), а третий обеспечивает запись решёток со значительно более высокой пространственной частотой (сотни лин./мм), но с меньшей эффективностью (около 50 %).

Описываются полученные в Институте лазерно-физических исследований (ИЛФИ) РФЯЦ-ВНИИЭФ результаты фазовой коррекции импульсного и непрерывного лазерных излучений замкнутыми адаптивными оптическими системами (АОС) с гибкими деформируемыми зеркалами. С помощью стандартной АОС с датчиком волнового фронта Шэка - Гартмана и адаптивным зеркалом (апертура 220 × 220 мм) на порядок величины уменьшены аберрации пучка мощной импульсной лазерной установки «Луч». Разработка специального программного обеспечения для реконструкции сингулярных волновых фронтов датчиком Шэка - Гартмана позволила осуществить в АОС с биморфным зеркалом коррекцию торообразного лагерр-гауссова вихревого лазерного пучка и сфокусировать его в яркое осевое пятно, радикально увеличив число Штреля. Созданы АОС, в которых управление адаптивным зеркалом осуществляется не на основе измерения волнового фронта, а путём поиска экстремума выбранной целевой функции с помощью стохастического параллельного градиентного алгоритма. Использование микроконтроллеров в блоках управления даёт возможность достичь ширины полосы АОС 5 кГц и продемонстрировать динамическую фазовую коррекцию наклонов и высших аберраций волнового фронта, вызванных турбулентностью из-за нагрева трассы в лабораторных условиях.

Разработана и обоснована методика экспериментального исследования компенсационных возможностей адаптивных зеркал (АЗ). Проведён анализ структуры статической остаточной ошибки коррекции на основе полученных экспериментальных данных для конкретного АЗ. Экспериментальными результатами подтверждена теория оптимального размещения приводов на апертуре АЗ.

Описаны новые алгоритмы обработки зашумлённых спеклограмм, позволяющие проводить количественную диагностику микроструктуры ударно-волновых течений с субпиксельной точностью с использованием статистического анализа регистрируемых числовым образом спекл-полей, возмущённых рефракцией в исследуемых течениях. Разработанное программное обеспечение даёт возможность восстановить до 10000 векторов углов отклонения зондирующего излучения в двумерной области размером 20 × 30 мм при изображении спекл-поля с оптическим увеличением M = 1.

Экспериментально и численно исследовано возникновение и развитие плавучих струй над внезапно включённым линейным источником тепла в сильновязкой жидкости с числом Прандтля, равным 2700. Изучена эволюция во времени пространственной формы течения, полей температуры и скорости в зависимости от подводимой мощности.

Представлены результаты регистрации теневым и теневым фоновым методами (ТФМ) потока газа в ударной трубе после инициирования импульсного разряда (поверхностного или объёмного). Одновременная регистрация поля течения двумя методами даёт возможность полного качественного и количественного анализа ударно-волновых процессов, являющихся результатом взаимодействия импульсного разряда с высокоскоростным течением. Векторное поле смещений ТФМ определялось кросскорреляционным методом. Поле плотности получалось из решения уравнения Пуассона со специальными граничными условиями. Показано, что ТФМ даёт хорошее качественное отображение структуры течения, соответствующее классическому теневому методу, и обеспечивает достоверные количественные результаты за исключением областей высоких градиентов. Для измерения скачка плотности на фронте ударных волн предложена и опробована модификация теневого фонового метода. Съёмка производилась под углом к плоскости фронта волны. Опробованы различные схемы обработки цифровых изображений потока. Предложенная методика обеспечивает разрешение больших градиентов плотности, возникающих на фронте ударной волны. Полученные количественные результаты согласуются с расчётными величинами.

Экспериментально исследованы течения в горизонтальных слоях жидкости со свободной верхней границей при однородном подогреве снизу. С использованием тепловизионного сканирования измерены поля температуры на свободной поверхности жидкости в ламинарных и турбулентных режимах рэлей-бенаровской конвекции. Компьютерная обработка тепловизионных фильмов позволила получить пространственно-временные характеристики ячеистых и многомасштабных конвективных течений.

Теоретически показана и экспериментально подтверждена возможность одновременных измерений дальности и скорости диффузно рассеивающих объектов методами активной лазерной интерферометрии с частотной модуляцией.