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  • 清华大学在计算成像方向获新进展

    作者:佚名 来源:清华大学 时间:2024-07-06 22:52 阅读:1845 [投稿]
    提出了计算光场新原理,建立数字自适应光学模型,研制了广域波前计算传感芯片,实现了超1100角秒(对角线)范围的大气湍流实时探测和预测。

    WISE助力高精度湍流预测在光信号的单向传播中,精确的湍流探测足以消除误差,然而在双向交互中,湍流的快速演变带来了新的挑战。典型的交互过程例如空间光通信,由下行探测链路和上行补偿链路构成,由于两链路间存在时间差,无法直接根据探测结果进行补偿,而是需要预测未来时刻的湍流分布再进行补偿,即预补偿。此时,湍流预测的精度显得至关重要。视频(上)展示的是湍流分布的动态演化过程,由小视场范围的空间一致湍流变为广域的空间非一致湍流。当我们仅观察小视场范围的湍流时,难以找到其时序演变规律,这正是基于传统自适应光学技术进行湍流预测的困难之处。当视场扩大时,湍流的演化规律变得有迹可循。如泰勒冻结流假说所述,大范围的观测数据中,可以清晰地观测到大气湍流的整体流动,这将对实现湍流的精准预测提供强力的支撑。基于WISE芯片和时-空神经网络模型,团队实现了大视场范围下高精度的湍流预测(视频下),预测的波前误差从224nm降至109nm(所用指标为RMSE),相较于传统自适应光学有明显提升。WISE芯片为大气湍流时空动态演化规律的研究探索了新路径。

    从扫描光场元成像到WISE芯片,光子幽灵变得不再神秘,望远镜的视野能够穿透大气。团队在计算成像领域持续创新,以计算赋能天文,开启计算天文成像新篇章。当视场无限,视野也将无垠。未来,团队将进一步发挥元成像广域波前传感的优势,助力新一代宽视场高分辨地基光学巡天,凌云远望,目穷千里。

    相关研究成果以“基于广域波前传感芯片的大气湍流实时观测”(Direct Observation of Atmospheric Turbulence with a Video-rate Wide-field Wavefront Sensor)为题,于7月1日发表于《自然·光子学》(Nature Photonics)。

    清华大学电子工程系与国研中心为论文的第一单位,方璐、戴琼海、吴嘉敏为论文通讯作者,2021级电子系博士生郭钰铎、2021级自动化系本科生郝钰涵、自动化系助理研究员万森为论文第一作者,博士后张昊,助理研究员朱来余参与该工作。研究得到科技部2030重大项目、基础科学中心项目以及北京信息科学与技术国家研究中心的支持。

    论文链接:https://www.nature.com/articles/s41566-024-01466-3

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