自适应光学千单元级高压驱动系统的设计和性能分析

邵蒙; 李洪文; 王建立; 杨乐强; 姚凯男; 邓永停

doi:10.37188/OPE.20233117.2493

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自适应光学千单元级高压驱动系统的设计和性能分析

现代应用光学 | 更新时间：2023-09-22

- 自适应光学千单元级高压驱动系统的设计和性能分析
- Design and performance analysis of high-voltage drive system for thousand-element adaptive optics
- 光学精密工程 2023年31卷第17期页码：2493-2504
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
- 作者简介：
  
  [ "邵蒙（1992-），男，吉林长春人，博士，2020年于中国科学院大学获得博士学位，主要从事望远镜光电跟踪控制及电子学设计方面的研究。E-mail： shaomeng0431@163.com" ]
  [ "杨乐强（1994-），男，吉林白山人，助理研究员，2015年于中国科学技术大学获得学士学位，2020年于中国科学院大学获得博士学位，主要从事自适应光学波前处理技术方面的研究。E-mail： yanglq23@126.com" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(11973041;12122304);国家重点研发计划资助项目(2020YFA 0406502);天文联合基金资助项目(U2031126)
- DOI：10.37188/OPE.20233117.2493
  中图分类号：
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邵蒙, 李洪文, 王建立, 等. 自适应光学千单元级高压驱动系统的设计和性能分析[J]. 光学精密工程, 2023,31(17):2493-2504.

SHAO Meng, LI Hongwen, WANG Jianli, et al. Design and performance analysis of high-voltage drive system for thousand-element adaptive optics[J]. Optics and Precision Engineering, 2023,31(17):2493-2504.
邵蒙, 李洪文, 王建立, 等. 自适应光学千单元级高压驱动系统的设计和性能分析[J]. 光学精密工程, 2023,31(17):2493-2504. DOI： 10.37188/OPE.20233117.2493.

SHAO Meng, LI Hongwen, WANG Jianli, et al. Design and performance analysis of high-voltage drive system for thousand-element adaptive optics[J]. Optics and Precision Engineering, 2023,31(17):2493-2504. DOI： 10.37188/OPE.20233117.2493.

摘要

自适应光学技术可以对大气湍流造成的波前误差进行实时校正，是实现大型地基望远镜高分辨率成像的关键技术。随着望远镜口径不断增大，自适应光学系统的校正单元数达到千单元量级。首先从自动控制角度建立了自适应光学系统各电控环节的等效模型，分析了系统延时对控制环节性能的影响。然后介绍了自适应光学电控环节中高压驱动系统的设计问题，从自动控制角度分析了自适应光学系统对高压放大器闭环带宽的需求，给出了分析结果。最后报道了千单元级自适应光学高压驱动系统的集成和测试工作。实验结果表明：本文所设计的高压放大器可以实现120 V输出，,-,3 dB带宽达到5 000 Hz，所设计的高压驱动系统经过集成后，利用湍流屏等效模拟60 Hz格林伍德频率，校正后的波前残差均值为0.16,λ,，可以实现千单元级压电变形镜的校正控制。

Abstract

Adaptive optics technology can correct the wavefront error caused by atmospheric turbulence in real time and is the key technology to achieve high-resolution imaging of large ground-based telescopes. As the diameter of a telescope increases， the number of correction elements in the adaptive optics system can reach the order of one thousand. This paper first establishes the equivalent model of the control link of the adaptive optics system from the perspective of automatic control and analyzes the influence of the system delay on the performance of the control link. Then， it discusses the design of the high-voltage drive system in the control link of adaptive optics， analyzes the demand of the adaptive optics system for the closed-loop bandwidth of the high-voltage amplifier from the perspective of automatic control， and provides the analysis results. Finally， it describes the integration and test of the high-voltage drive system of the thousand-element adaptive optics system. The experimental results show that the designed high-voltage amplifier can achieve 120 V output， and the bandwidth of ,-,3 dB can reach 5 000 Hz. After the integration of the designed high-voltage drive system， the turbulence screen is used to simulate the equivalent 60 Hz Greenwood frequency， and the corrected mean residual error of the wavefront is 0.16,λ,. The designed high-voltage drive system can achieve calibration control of the thousand-element piezoelectric deformable mirror.

关键词

自适应光学望远镜自动控制高压放大器

Keywords

adaptive opticstelescopesautomatic controlshigh-voltage amplifiers

references

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