Sub-nanometer flattening of a 45-cm long, 45-actuator x-ray deformable mirror
我们已经建立了一个45厘米长的超抛光单晶硅X射线变形镜，沿切向轴有45个致动器。组装后，表面高度误差为19 nm rms。利用高精度的可见光计量和精确的控制算法，我们已经驱动的X射线变形镜和平坦化其整个表面的0.7 nm均方根可控的形状误差。据我们所知，这是第一个超过15 cm的基板的亚纳米主动平坦化。
2014-04-24 astro-ph.IM physics.ins-det
Linearization of the response of a 91-actuator magnetic liquid deformable mirror
我们提出了一个91致动器的变形镜的实验性能的磁性液体（铁磁流体）使用一种新的技术，线性化的反射镜的响应，通过叠加一个均匀的磁场的致动器产生的。我们演示了线性驱动的镜子使用影响函数，测量与斐索干涉仪，通过生产的前36泽尼克多项式。基于我们的测量，我们预测可实现的平均PV波前振幅高达30 μm，在632.8 nm处的RMS残差为λ/10。线性组合的泽尼克和随时间的重复性也被证明。
2010-06-14 astro-ph.IM physics.optics
Slaving and disabling actuators with voice-coil adaptive mirrors
基于音圈技术的自适应反射镜具有力致动器，该力致动器具有内部计量以闭合局部回路，用于控制其形状的位置。当执行器被要求禁用或从属时，控制矩阵必须重新计算。该报告描述了重新计算相关矩阵的算法，用于控制反射镜，而无需重新校准。这特别涉及使用音圈技术的MMT、LBT、Magellan、VLT、ELT和GMT自适应镜。该技术已成功应用于LBT和VLT-UT 4自适应次镜单元。
2021-01-14 astro-ph.IM
The Deformable Mirror Demonstration Mission (DeMi) CubeSat: optomechanical design validation and laboratory calibration
未来太空望远镜上的日冕仪将需要精确的波前校正，以探测其宿主恒星附近的类地系外行星。高致动器数的微机电系统（MEMS）可变形反射镜提供具有低尺寸、重量和功率的波前控制。变形镜演示任务（DeMi）有效载荷将演示一个140个致动器的MEMS变形镜（DM），具有\SI{5.5}{\micro\meter}最大行程。介绍了飞行光学机械设计、飞行波前传感器和波前重建器的实验室测试以及波前像差闭环控制的仿真。我们还介绍了紧凑的飞行DM控制器，能够在0- 250 V以14位分辨率驱动多达192个执行器通道。两个嵌入式Raspberry Pi 3计算模块用于任务管理和波前重建。该航天器是一个6 U立方体卫星（30厘米x 20厘米x 10厘米），计划于2019年发射。
2018-07-10 astro-ph.IM
Magnetic liquid deformable mirrors for astronomical applications:Active correction of optical aberrations from lower-grade optics and support system
变形镜越来越多地用于天文学。然而，它们仍然在行程上受到限制，用于高振幅光学像差的主动校正。磁性液体变形镜（MLDM）是一种新型的变形镜技术，具有变形幅度大、成本低等优点。在本文中，我们展示了极高的行程和执行器间的行程，可用于天文仪器的MLDM实现。特别是，我们认为使用这样的镜子提出了一个有趣的应用下一代大型望远镜。我们提出了一个原型91致动器变形镜的磁性液体（铁磁流体）。该反射镜采用了一种技术，通过将大而均匀的磁场叠加到由小线圈阵列产生的磁场上，使这种反射镜的响应线性化。我们讨论的实验结果，说明了MLDMs的性能。MLDM的一个最有趣的应用来自于它们可以用于校正由简单支撑系统保持的较大且较低光学质量的主镜的像差的事实。我们估计所需的MLDM的基本参数，获得合理的值。
2012-06-05 astro-ph.IM
The simulator of the VLT Deformable Secondary Mirror: a test tool for adaptive optics instruments for the Yepun-UT4 telescope
变形镜模拟器（DMS）是一种光学装置，用于再现来自甚大望远镜UT 4自适应次镜的F/13光束。该系统被设计和集成为用于ERIS仪器（或ERIS-AO）波前传感器模块校准和功能验证的测试工具。为此目的，DSMSim包括一个高阶可变形镜和两个源，以模仿激光和自然光并照亮WFS光学器件。在本文中，我们报告的DSMSim的设计，集成，验证和校准程序与ERIS-AO，在最后，我们勾勒出一个路线图，为未来的系统改进。这项工作的目的是为未来的仪器项目（如MAVIS-AO）的VLT的参考。
2022-07-28 astro-ph.IM
Woofer-tweeter deformable mirror control for closed-loop adaptive optics: theory and practice
具有非常高阶校正的可变形反射镜通常具有比在大孔径望远镜上校正视宁度所需的更小的动态运动范围。因此，系统将需要具有采用串联的两个可变形反射镜的架构，一个用于波前的低阶但大偏移部分，一个用于更精细和更小的偏移分量。闭环控制的挑战是a）保持整个系统稳定，b）避免两个反射镜使用控制能量来抵消彼此的校正，c）稳定地解决致动器饱和，d）确保平均而言反射镜每个都校正其空间频率空间的分配区域。我们提出的控制架构和技术，以确保它是线性和稳定的，根据上述标准。我们推导了稳定性和性能的分析形式，并显示了在利克3米望远镜上使用新的ShaneAO系统进行模拟和天空测试的结果。
2014-07-30 astro-ph.IM
High pixel number deformable mirror concept utilizing piezoelectric hysteresis for stable shape configurations
介绍了滞后变形镜的概念设计和初步研制。HDM是一种全新的方法来设计和操作的变形镜波前校正在先进的成像系统。关键的技术突破是高滞后压电材料的应用与简单的电极布局相结合，以有效地定义单个致动器像素。HDM基于新开发的压电材料的大残余变形的设置和忘记性质，便于使用时分复用（TDM）来寻址单个像素，而不需要高更新频率来避免像素漂移。这与简单的电极布局相结合，为放大到极高像素数（$\geq 128\times 128$）和像素密度（$100/mm^2$）的可变形反射镜（DM）铺平了道路，这对于世界上一些最先进的成像系统中的高空间频率波前校正非常重要。
2020-08-21 astro-ph.IM
A Design Study on Adaptive Primaries for 1-2 Meter Class Telescopes
自适应光学（AO）提供了一个机会，以稳定的图像和最大限度地提高空间分辨率可实现的地面望远镜通过消除由于大气的失真。通常情况下，可变形反射镜被集成到次镜和科学仪器之间的光路中，有时也被集成到望远镜中作为自适应次镜，但是由于大幅面可变形反射镜技术的成本和复杂性，将可变形反射镜作为望远镜的主镜一直没有得到很大程度的研究。近年来，该技术得到了改进，使得可变形主镜成为实现更高致动器密度和简化测试和部署自适应光学系统的可行途径。我们提出了一个案例研究，探讨集成的自适应光学系统使用的主镜的望远镜在小型到中型望远镜的好处和权衡。
2021-07-29 astro-ph.IM
Characterisation of ALPAO deformable mirrors for the NAOMI VLTI Auxiliary Telescopes Adaptive Optics
甚大望远镜干涉仪辅助望远镜将很快配备一个称为NAOMI的自适应光学系统。校正光学可变形镜是来自ALPAO的商业DM 241。作为从可见光到中红外的干涉仪的一部分，NAOMI的DM面临着几个挑战（高水平的可靠性，开环斩波，无活塞控制，WFS/DM瞳孔旋转，高期望带宽和冲程）。我们在这里描述我们的广泛表征的DM通过测量和模拟。我们总结了为处理特定镜像属性而定义的操作场景。我们的结论是，ALPAO DM具有整体优异的性能，满足大多数严格的要求，并且容易处理与规格的偏差。据我们所知，NAOMI将是第一个具有真正Zernike模式（允许软件旋转）命令的天文系统，也是第一个使用变形镜（5“天空，5 Hz）执行斩波的天文系统。
2018-06-27 astro-ph.IM
Tuning the MAPS Adaptive Secondary Mirror: Actuator Control, PID Tuning, Power Spectra and Failure Diagnosis
本文介绍了MAPS自适应副镜执行器的闭环PID与前馈控制方法，通过功率谱分析进行PID调试与故障诊断，成功降低了镜面延迟并提升了成像质量。
2024-09-20 astro-ph.IM
Quality assurance of actuators for the Medium-Sized Telescopes of the Cherenkov Telescope Array
针对切伦科夫望远镜阵列（CTA）中型望远镜（MSTs）镜面单元执行器的间隙和变形问题，设计测试台并制定测量流程，以满足图像分辨率和指向精度的约束要求。
2024-05-08 astro-ph.IM
In-lab and On-sky Closed-loop Results of Adaptive Secondary Mirrors with TNO's Hybrid Variable Reluctance Actuators
本研究针对TNO研发的混合可变磁阻致动器自适应次镜，开展实验室与在轨闭环测试，验证其性能满足要求，为新一代高可靠自适应次镜的应用提供支撑。
2024-07-16 astro-ph.IM
MagAO-X Phase II Upgrades: Implementation and First On-Sky Results of a New Post-AO 1000 Actuator Deformable Mirror
MagAO-X 升级至 1000 执行器变形镜，用于非共路像差校正，实现 10 kHz 校正速度，并通过焦点多样性相位恢复和隐式电场共轭算法提升深对比度成像性能。
2024-07-17 astro-ph.IM
Recent developments for the testing of Cherenkov Telescope Array mirrors and actuators in Tübingen
切伦科夫望远镜阵列（Cherenkov Telescope Array，CTA）是下一代切伦科夫望远镜。它将由大量三种不同直径的分段镜望远镜组成，放置在两个地点，一个在北半球，一个在南半球，从而覆盖整个天空。镜面瓦片的总数将达到10，000个数量级，对应的反射面积约为10^4 m^2。位于蒂宾根的天文学和天体物理学研究所（IAAT）目前正在开发针对中型望远镜优化的反射镜控制对准机械、电子和软件。此外，IAAT正在参与CTA镜子原型测试。在本文中，我们目前的发展状况，最近的测试的主要结果，并计划生产阶段的镜子控制系统。我们还简要介绍了图宾根的镜子测试设施。
2015-08-25 astro-ph.IM
Calibration of force actuators on an adaptive secondary prototype
在大型双目望远镜项目的背景下，我们提出了一个自适应的二级原型P45，薄的变形玻璃与磁铁粘在它的背面进行力致动器校准的结果。电磁致动器，控制在一个闭环系统的内部计量的基础上电容传感器，连续变形的形状，以纠正波前的失真。由于驱动力和测量力之间的差异，需要对力致动器进行校准。我们描述的校准程序和结果，误差小于1.5%。
2009-07-02 astro-ph.IM
First laboratory and on-sky results of an adaptive secondary mirror with TNO-style actuators on the NASA Infrared Telescope Facility
本文介绍为IRTF研制的36促动器TNO式自适应次镜原型IRTF-ASM-1，并通过Meniscus Hindle Sphere测试和实测验证其高效、稳定的闭环天文观测性能。
2024-07-08 astro-ph.IM
High-contrast imaging at small separation: impact of the optical configuration of two deformable mirrors on dark holes
对系外行星的直接探测和定性将是未来十年的一个主要科学驱动力，涉及到超大型望远镜的开发，并需要在光轴附近进行高对比度成像。已经开发了一些复杂的技术来改善小分离处的性能（日冕照相术、波前整形等）。在本文中，我们研究了一些基本的限制，高对比度的仪器设计水平，使用的情况下，组合的冠状面和两个可变形镜的波前整形。特别是，我们专注于小分离点源成像（约1 $λ$ /D）。首先，我们分析或半分析分析的影响，几个仪器的设计参数：致动器数量，变形镜的位置和光学像差（水平和频率分布）。其次，我们开发了深入的蒙特卡罗模拟来比较使用通用测试床模型的黑洞校正的性能，以测试多个随机产生的光学静态相位误差的菲涅耳传播。我们证明，在小的分离成像需要大的设置和小的黑洞尺寸。该性能对光学像差量和空间频率分布敏感，但当黑洞足够小（从1到$\lesssim$ 5 $λ$ /D）时，显示出对致动器数量或设置架构的弱依赖性。
2017-05-12 astro-ph.IM
Stroke saturation on a MEMS deformable mirror for woofer-tweeter adaptive optics
利用现有的自适应光学（AO）系统，最近从地面实现了对主序星周围太阳系外行星候选者的高对比度成像。推进这样的观测将是双子座行星成像仪的一项任务，双子座行星成像仪是一种即将推出的“极端”AO仪器。高阶“高音”和低阶“低音”可变形镜（DM）将提供>90%的Strehl校正，专门的日冕将抑制恒星通量，然后可以在“黑洞”区域成像任何行星。残留的波前误差将光线散射到DM控制的黑洞中，使得行星难以在噪声之上成像。在这方面至关重要的是，高密度高音扬声器（微机电系统（MEMS）DM）具有足够的行程以变形为大气湍流所需的形状。进行实验室实验以确定饱和的速率和情况，即中风不全。利用r_0=10- 15 cm的软件Kolmogorov湍流屏对1024个致动器的1.5 μ m冲程MEMS器件进行了经验测试。MEMS在孤立时约有4%的时间处于饱和状态。模拟低音扬声器DM，在5米的初级上具有约5-10个致动器，将MEMS饱和发生率降低到百分之几。虽然没有相邻的致动器在相对的位置饱和，中高空间频率的中风比预期的更频繁地饱和，这意味着通过影响函数的相关性是重要的。分析模型低估了中风的需求，所以实证研究是重要的。
2009-03-31 astro-ph.IM
Development of a Miniaturized Deformable Mirror Controller
高性能自适应光学系统作为天文学、眼科学和电信领域的有用应用正在迅速推广。这项技术对于地面望远镜和未来的太空任务（如WFIRST，EXO-C，HabEx和LUVOIR）中使用的系外行星的日冕直接成像至关重要。我们已经开发了一种小型化的变形镜控制器，使主动光学小空间成像任务。该系统基于Boston Micromachines Corporation Kilo-DM，这是市场上最广泛的DM之一。该系统有三个主要组成部分：可变形镜，驱动电子设备以及机械和热管理。该系统被设计成非常紧凑且具有低功耗，使其不仅能够用于系外行星任务，而且还能够用于需要精密光学系统的广泛应用，例如直接视线激光通信和制导系统。该控制器能够处理1，024个执行器，最大动态范围为220 V，分辨率为16位，精度为14位，工作频率高达1 kHz。该系统适合10 x10 x5 cm的体积，重量不到0.5kg，功耗不到8 W。我们已经开发出一种交钥匙解决方案，通过显著减少波前控制硬件的体积、重量和功耗，降低当前计划以及未来任务的风险，降低成本。
2017-03-21 astro-ph.IM
Long-term stability and temperature variability of Iris AO segmented MEMS deformable mirrors
变形镜的长期稳定性是需要开环校正的仪器的关键性能要求。DM性能中温度变化的影响对于此类仪器同样至关重要。本文研究了三种不同Iris AO PTT 111 DM的长期稳定性，这些DM在后续测试前的不同时间（13个月至近29个月）进行了校准。性能测试表明，从初始校准日期到测试日期，定位误差只略有增加。误差的增加范围从18个月后的1.38 nm rms到29个月后的5.68 nm rms。该论文还研究了小温度变化的影响，最高可达室温附近的6.2°C。对于三种不同的阵列，误差范围为0.62-1.42 nm rms/°C。消除封装影响后，误差为$\le$ 0.50 nm rms/°C。最后，测量数据表明，加热时，单个片段使$\le$变形0.11 nm rms/°C。
2016-09-15 astro-ph.IM
Laboratory demonstration of a cryogenic deformable mirror for wavefront correction of space-borne infrared telescopes
本文介绍了一种基于微机电系统（MEMS）技术的具有1,020个致动器的低温变形镜（DM）。低温星载红外望远镜由于镜面形状误差会产生波前误差，使成像性能变差。为了解决波前在轨校正问题，我们研制了一种MEMS加工的静电微镜，该微镜具有特殊的低温环境结构。我们进行了一个实验室演示其操作在3个冷却循环之间的5 K和295 K。利用激光干涉仪，我们首次检测到了低温下外加电压所对应的变形。根据静电位移机的工作原理，将电压与位移之间的关系定性地用二次函数表示。我们还发现，它有一个高的操作重复性的几纳米RMS和没有显着的滞后。利用重复性的测量值，我们模拟了用我们的DM进行波前校正对PSF的改善。这些结果表明，我们开发的DM是有效的，以提高成像性能和PSF对比度的星载红外望远镜。
2017-09-29 astro-ph.IM
Correcting for the effects of pupil discontinuities with the ACAD method
目前这一代的地面日冕照相仪器使用可变形反射镜来校正相位误差，并在小角度间隔下提高对比度。为了改进这些技术，目前开发了几种空间和地面仪器，使用两个可变形反射镜来校正相位和幅度误差。然而，随着波前控制技术的改进，更复杂的望远镜光瞳几何形状将很快成为这些下一代日冕仪的限制因素。在这个过程中提出的技术，孔径不连续性的主动校正方法，是利用这一事实，大多数未来的日冕仪将包括两个可变形的镜子，并建议找到形状和致动器的运动，以纠正这些复杂的瞳孔几何形状所引入的效果。我们在这里提出的WFIRST瞳孔上实现的参数分析的结果，我们获得了高对比度的几个变形镜设置（大小，它们之间的分离），coronagraphs（涡电荷2，涡电荷4，APLC）和光谱带宽。然而，由于对比度和分离度并不是最大化仪器科学回报的唯一指标，因此我们在本研究中还包括了这些可变形反射镜形状对仪器吞吐量和指向抖动灵敏度的影响。最后，我们提出了另一个潜在的空间望远镜的分割孔径获得的结果。这一过程的主要结果是，我们现在获得可比的性能比以前设计的WFIRST日冕。来自参数分析的第一结果强烈表明，2个可变形反射镜设置（尺寸和它们之间的距离）对最终仪器的对比度和吞吐量的性能具有重要影响。
2017-10-10 astro-ph.IM
High contrast at small separation -- II. Impact on the dark hole of a realistic optical set-up with two deformable mirrors
未来的大型空间或地面望远镜将提供分辨率和灵敏度，以探测附近恒星的大样本宜居带，进行地球外成像。为此，这些设施预计将配备高对比度仪器，以有效抑制来自观测恒星的光线，从而对这些近距离伴星进行成像。这些天文台将包括诸如分段主镜、次镜和支柱等功能，导致恒星图像上的衍射效应，这将限制仪器的对比度。为了克服这些限制，一个有前途的方法包括在结合日冕和波前整形，以减少星光在小的分离，并产生一个黑暗的区域内的图像，以增强系外行星的信号。我们的目标是研究这种组合在观测短轨道行星时的局限性。我们的分析集中在速度，尼斯测试台与coronagraphy，波前整形与变形镜（DM），和复杂的望远镜孔径形状，以确定主要的现实参数，限制对比度在小的分离。我们开发了一个端到端的模拟器，这个工作台与菲涅尔传播效应，研究大相位和振幅误差的影响，从测试台的光学元件和缺陷的波前整形系统上的最终图像对比度。我们的数值计算表明，DM有限冲程和非功能性致动器，日冕制造误差，近焦平面相位误差代表了高对比度成像的系外行星在小间距的主要限制。我们还表明，一个仔细定义的光学设置打开的路径，以高对比度在小的分离。
2020-10-09 astro-ph.IM
MOEMS deformable mirror testing in cryo for future optical instrumentation
MOEMS可变形反射镜（DM）是具有创新自适应光学系统的下一代仪器的关键组件，用于现有望远镜和未来的ELT。这些DM必须在室温以及低温和真空环境下工作。理想情况下，MOEMS-DM必须设计为在这种环境中运行。我们提出了一些主要的规则，设计/操作DM在低温和真空。我们选择使用干涉法对这些设备进行全面表征，包括在环境和真空/低温下静态和动态模式下的表面质量测量。得益于我们之前的设置开发，我们在定制的迈克耳孙干涉仪前放置了一个设计为达到10-6 mbar和160 K的紧凑型低温真空室，能够在致动器/段级以及整个反射镜级测量DM的性能，横向分辨率为2μm，z分辨率为亚纳米。使用该干涉仪平台，我们测试了Iris AO PTT 111 DM：这种独特而坚固的设计使用了间距为606μm的单晶硅六边形反射镜阵列，能够以5至7μm的行程进行翻转、倾斜和活塞运动，倾斜角度在+/-5mrad范围内。它们通常表现出开环平坦表面图形，其均方根值<20 nm。一个特殊的安装，包括电子和光学机械接口已被设计用于安装在测试室。在室温和低温下测试了分段变形、镜面整形、开环工作，并对结果进行了比较。该装置可在160 K下成功运行。在160 K下测量了一个额外的，主要是焦点状的，500 nm的变形;我们能够通过校正某些部分的焦点和局部尖端倾斜来恢复低温中的最佳平面。目前正在对具有不同镜面厚度（25μm和50μm）和不同…
2017-04-18 astro-ph.IM
Characterizing deformable mirrors for the MagAO-X instrument
MagAO-X仪器是一种新的极端自适应光学系统，用于在麦哲伦粘土望远镜上进行可见光和近红外波长的高对比度成像。该系统的核心部件是来自Boston Micromachines Corp.的2040致动器微机电可变形镜（DM），其在3.63 kHz下操作用于高阶波前控制（高音扬声器）。来自ALPAO的另外两个DM执行低阶（低音扬声器）和非公共路径科学臂波前校正（NCPC DM）。在与仪器集成之前，我们使用Zygo Verifire干涉仪测量每个DM表面来表征这些设备。我们在这里展示了表征工作的结果，证明了在每个器件上的MagAO-X光束覆盖区上将高音扬声器驱动到6.9 nm均方根（RMS）表面（和其控制带宽内的0.56 nm RMS表面）的平坦表面、将低音扬声器驱动到2.2 nm RMS表面和将NCPC DM驱动到2.1 nm RMS表面的能力。使用焦点分集相位检索的MagAO-X科学相机，以估计内部仪器波前误差（WFE），我们进一步表明，集成的DM校正仪器WFE为18.7 nm RMS，这与11.7%的光瞳振幅RMS相结合，产生在H $α$的Strehl比为0.94。
2021-07-15 astro-ph.IM
Impact of segmented deformable mirrors on high-contrast testbeds for exoplanet imaging with future large space telescopes: contrast stability assessment on the HiCAT bench
Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；Observatoire de la Côte d’Azur（蔚蓝海岸天文台）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Laboratoire Lagrange（拉格朗日实验室）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Max Planck Institute for Astronomy（马克斯·普朗克天文学研究所）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；LIRA, Observatoire de Paris（巴黎天文台LIRA）；Thales Alenia Space（泰雷兹阿莱尼亚太空公司）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；California Institute of Technology（加州理工学院）
研究段式变形镜在高对比度测试平台上的稳定性及其对冠状仪成像的影响，通过HiCAT台架验证段式镜面的对比稳定性，发现微小偏移会导致对比度下降，强调需优化段式镜面的同相位感测与控制策略。
2026-04-28 astro-ph.IM
Microelectromechanical deformable mirror development for high-contrast imaging, part 2: the impact of quantization errors on coronagraph image contrast
恒星日冕仪依靠变形镜（DM）来校正波前误差并创建高对比度图像。DM的不完美控制限制了可实现的对比度，因此，DM控制电子设备必须提供精细的表面高度分辨率和低噪声。在这里，我们研究的影响，由于DM电子图像对比度的高对比度成像试验台（HCIT）设施在美国宇航局的喷气推进实验室（JPL）的实验数据的量化误差。我们发现，与真实情况相比，最简单的分析模型给出了乐观的预测，对比度高达3倍，这导致DM表面高度分辨率要求被错误地放宽了70%。我们表明，考虑到DM致动器的形状，或影响函数，提高了分析预测。然而，我们也发现，端到端的波前传感和控制过程的数值模拟提供了最准确的预测，并建议这样的方法设置强大的DM控制电子设备的要求。从我们的实验和数值计算结果，我们得出结论，约6pm的表面高度分辨率需要成像温和的类地系外行星太阳型恒星周围的波长小至450 nm的日冕仪在未来的空间望远镜。最后，我们列出了量化误差的可识别特征，这些特征可能有助于确定它们是否是限制因素。
2020-10-08 astro-ph.IM
Sensors and Actuators for the Advanced LIGO Mirror Suspensions
我们已经开发、生产和表征了集成传感器、致动器以及相关的读出和驱动电子设备，这些设备将用于控制先进的LIGO悬浮系统。整个系统由BOSEM（集成电磁致动器的位移传感器），卫星盒（BOSEM读出和接口电子设备）和六种不同类型的线圈驱动器单元组成。在本文中，我们提出了这个读出和控制系统的设计，我们讨论了相关的性能有关的先进LIGO悬浮液，我们报告的实验活动完成在生产的仪器先进LIGO探测器。
2012-05-25 astro-ph.IM gr-qc
A low-cost, high-speed, very high-order Shack-Hartmann sensor for testing TMT deformable mirrors
为测试TMT变形镜，作者开发了一种低成本、超高阶Shack-Hartmann波前传感器，使用商用器件实现高分辨率与高速采样，满足促动器间表面评估需求。
2024-10-15 astro-ph.IM
Wavefront sensing with a brightest pixel selection algorithm
具有开环可变形镜控制的天文自适应光学系统最近已经上线。在这些系统中，可变形反射镜表面不包括在波前传感器路径中，因此对可变形反射镜做出的改变不反馈到波前传感器。这就产生了各种线性和控制问题，主要集中在一个问题上：镜子是否具有所要求的形状？波前测量和可变形反射镜形状中的非线性可导致反射镜形状与所需形状的显著偏差。在这里，波前传感器测量使用最亮的像素选择方法进行了讨论，以及这对开环AO系统的影响。讨论包括拉长的激光引导星点和计算效率。
2011-09-13 astro-ph.IM physics.ins-det
Analysis of active optics correction for a large honeycomb mirror
针对空间大型蜂窝主镜热致波前误差，本文结合有限元、Zemax光线追迹和作动器弯曲模态分析主动光学校正，在物理限制内实现30小时低于25 nm RMS面形误差。
2023-09-08 astro-ph.IM
Piezo-deformable Mirrors for Active Mode Matching in Advanced LIGO
激光干涉引力波天文台（LIGO）的探测器受到量子噪声的广泛限制，并依赖于光的压缩态的注入来实现其全部灵敏度。挤压的改善受到挤压器元件和干涉仪元件之间模式不匹配的限制。在目前的LIGO探测器中，没有办法主动减轻这种模式失配。本文提出了一种新的变形镜波前控制，以满足先进的LIGO的主动模式匹配的要求。有源元件是压电换能器，其通过轴对称弯曲在5 mm厚的反射镜的曲率半径上致动。可变形反射镜的工作范围在真空中为120 ± 8 mD，在真空外可获得额外的200 mD调节范围。在标称光束半径上，测量到高阶模式的散射<0.2%。这些压电变形镜满足先进LIGO严格的噪声和真空要求，并将用于下一次观测运行（O4），以控制挤压器和干涉仪之间的模式匹配。
2022-01-26 astro-ph.IM physics.app-ph physics.optics
Cassiopee: Defining the next-generation deformable mirror and high-speed SWIR camera for adaptive optics applications
Aix Marseille Univ., CNRS, CNES, LAM（艾克斯马赛大学，法国国家科学研究中心，法国国家空间研究中心，天体物理与行星研究所）；ONERA, Université Paris-Saclay（法国航空航天实验室，巴黎萨克雷大学）；Bertin-Alpao（贝尔廷-阿尔帕奥公司）；Oxford Instrumentats Andor（牛津仪器安多）
Cassiopee项目针对四类应用场景推导自适应光学误差预算，确定可变形镜与高速短波红外相机的定量要求，搭建测试台并规划利用EKARUS的在轨验证路线，为下一代AO系统组件提供规格依据。
2026-08-26 astro-ph.IM
Development of an ELT XAO testbed using a Mach-Zehnder wavefront sensor: calibration of the deformable mirror
极自适应光学（XAO）在满足未来超大望远镜的高速度（> 1 kHz）、高精度和高次要求方面遇到了严重的困难。一种创新的高阶自适应光学系统使用自参考马赫-曾德尔波前传感器（MZWFS）允许抵消这些限制。该传感器通过测量两个输出之间的强度差来非常精确地估计小空间尺度下的波前相位，其中在其两个支路之间具有$λ/4$路径长度差，但是由于相位模糊而在动态范围中受到限制。在过去的几年里，我们的团队在8米级望远镜的框架内研究了这样一个XAO系统。在这项工作中，我们报告了我们最近在实验室安装的XAO测试平台的最新结果，并致力于使用30米级望远镜（如E-ELT或TMT）进行高对比度成像。在回顾了MZWFS的原理并描述了我们实验的光学布局之后，我们将展示低音-高音相位校正器的评估结果，即，Boston Micromachine连续膜可变形反射镜（DM）和Boulder非线性系统液晶空间光调制器（SLM）。特别是，我们将详细介绍使用Zygo干涉仪计量的DM的校准。我们的方法包括在膜变形的精确测量，同时施加恒定的变形9出140致动器在同一时间。通过在DM工作范围内改变戳电压，我们提出了一种简单而有效的方法，使用高斯模型建模DM影响函数。最后，我们展示了允许补偿低阶像差的MZWFS上的DM平坦化。
2015-09-28 astro-ph.IM
Random Vibration Testing of Microelectromechanical Deformable Mirrors for Space-based High-Contrast Imaging
本文测试了BMC制造的50×50 MEMS可变形镜在发射级随机振动下的鲁棒性，通过振动前后功能与高对比度成像测试证明其在10^{-8}对比度水平下无显著性能退化。
2023-05-31 astro-ph.IM
Optimal Dark Hole Generation via Two Deformable Mirrors with Stroke Minimization
在过去十年中，针对天基观测站对太阳系外行星进行成像的研究有了显著增长。挑战在于设计高对比度的成像系统。即使具有修改点扩散函数以实现高对比度的完美日冕，也需要波前感测和控制来校正光学器件中的误差并产生“黑洞”。普林斯顿大学的高对比度成像实验室配备了两台Boston Micromachines Kilo-DM。我们在这里审查的算法，旨在实现高对比度的图像平面的两侧，同时最大限度地减少从每个变形镜（DM）所需的行程。该算法使用第一DM来校正振幅像差，并且使用第二DM来在光瞳平面中创建平坦波前。然后，我们展示了在普林斯顿大学获得的第一个结果与此校正算法，我们证明了一个对称的黑洞在单色光。
2011-11-22 astro-ph.IM physics.optics
New Design of Electrostatic Mirror Actuators for Application in High-Precision Interferometry
我们描述了一种新的几何静电执行器用于敏感的激光干涉仪。该装置由位于反射镜（测试质量）两侧的两个板组成，因此不会像传统静电驱动器（ESD）那样减小其通光孔径。使用AEI-10 m原型干涉仪的样本情况下，我们调查的致动范围和相对于测试质量的ESD板的相对失调的影响。我们发现，在AEI-10米原型干涉仪的情况下，这种新的ESD可以提供0.28微米的范围时，在1千伏的电压操作。此外，所示的几何形状提供了约100的致动器运动耦合到测试质量位移的幅度的减小因子。因此，我们表明，在AEI-10 m干涉仪的特定情况下，可以将ESD致动器直接安装在光学工作台上，而不会破坏主要测试质量的三级悬挂的地震隔离性能。
2014-11-14 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Membrane based Deformable Mirror: Intrinsic aberrations and alignment issues
变形镜是自适应光学系统的重要组成部分。已知的是，与入射光束成一定角度放置的轴上球面/抛物面光学部件在像平面中引入散焦以及像散。虽然前者可以通过改变焦平面位置来补偿，但后者不能仅仅通过光学重新对准来去除。由于DM除了用于补偿其他像差之外还用于补偿相干性引起的曲率项，因此有必要确定由这种相干性引起的像差。（弯曲的DM表面）以一定角度放置时的光学元件为此，我们估计到一阶，由DM引入的作为入射角和DM表面变形的函数的像差。我们记录图像使用一个简单的设置，其中入射光束被反射的37通道微加工膜变形镜的各种入射角。据观察，像散是一种主要的像差，它是通过测量切向焦平面和矢状焦平面之间的差异来确定的。我们证明我们的结果的理论模拟的基础上，并讨论了使用这样一个系统的自适应光学考虑波前校正和像散之间的权衡，由于变形的可行性。
2015-02-16 astro-ph.IM physics.optics
Microelectromechanical deformable mirror development for high-contrast imaging, part 1: miniaturized, flight-capable control electronics
可变形镜（DM）是一项关键技术，可以利用现有和计划中的地面和空间望远镜以及未来的任务概念对系外行星进行日冕直接成像，这些任务概念旨在对从气体巨星到地球类似物的系外行星类型进行成像。这对DM提出了几个要求，例如需要大的致动器数量（>3000）、精细的表面高度分辨率（<10 μ m）以及具有低质量和体积的辐射硬化驱动电子器件。我们提出了一个飞行能力，小型化DM控制器的设计和测试。在美国宇航局喷气推进实验室（JPL）的高对比度成像试验台设施中，在真空中的日冕仪试验台上实现了5x 10 -9的对比度，我们证明了电子设备能够满足未来配备日冕仪的空间望远镜的要求。我们还报告了高空气球实验“使用可回收实验日冕的行星成像概念测试台”上的功能测试，该实验旨在直接对附近恒星周围的碎片盘和外黄道尘埃进行成像。该控制器是专为波士顿微机械公司Kilo-DM，并很容易扩展到更大的DM格式。该系统的三个主要组件（DM，驱动电子设备以及机械和热管理）设计紧凑，功耗低，不仅可以用于系外行星任务，还可以用于需要精密光学系统的广泛应用，例如直接视线激光通信。该控制器能够处理1024个执行器，最大动态范围为220 V，分辨率为16位，精度为14位，工作频率为1 kHz。该系统体积为10 x 10 x 5 cm 3，重量<0.5 kg，功耗<8 W。我们开发了一个交钥匙解决方案，降低了未来任务的风险。
2020-11-04 astro-ph.IM
Mid-order wavefront control for exoplanet imaging: preliminary characterization of the segmented deformable mirror and Zernike wavefront sensor on HiCAT
本文在HiCAT试验台上表征基于Zernike传感器的中阶波前控制系统，测量37分块Iris-AO可变形反射镜步长与MOWFS检测限，为未来空间望远镜高对比度系外地球成像提供依据。
2024-09-09 astro-ph.IM
Status and performance of the THD2 bench in multi-deformable mirror configuration
由于间接技术，系外行星系统的结构在1天文单位内相对较为人所知，这些技术允许表征数千颗系外行星的轨道，质量和有时半径。下一步是长期描述系外行星大气的特征，这需要直接成像能力。虽然使用SPHERE/VLT，GPI/Gemini，SCExAO/Subaru等专用仪器以及JWST上的日冕照相功能可以对少数年轻的巨行星进行表征，但成熟巨行星和低质量行星（海王星类，超级地球）的光谱研究需要实现更好的日冕照相性能。虽然WFIRST-AFTA上的天基日冕仪可能会以低光谱分辨率开始这项研究，但需要大型空间望远镜和ELT上的专门项目才能对这些暗淡的行星进行更全面的光谱研究。为了准备这些未来的仪器，我们开发了一个名为THD的高对比度成像平台，然后是THD 2，用于使用多DM配置的升级版本。THD 2平台旨在测试和比较日冕仪以及焦平面波前传感器和波前控制技术。它可以模拟太空望远镜提供的光束，不久将成为地面望远镜后自适应光学的第一级。在这篇文章中，我们详细介绍了THD 2的工作台，并给出了一个最近的比较研究的结果，几个电晕THD 2的色彩行为。
2018-01-19 astro-ph.IM
Dual-Update Data-Driven Control of Deformable Mirrors Using Walsh Basis Functions
提出了一种基于数据驱动的变形镜控制方法。所开发的方法更新DM模型和DM控制动作，产生所需的镜面形状。新方法明确考虑到执行器的约束，并耦合反馈控制算法与递归估计DM影响函数模型的算法。除此之外，我们还探讨了使用Walsh基函数进行DM控制的可能性。通过将期望的和观察到的镜面形状表示为Walsh模式矩阵的和，我们在2D Walsh基域中制定了控制问题。我们彻底的实验验证开发的方法上的140致动器MEMS DM，由波士顿微机械公司开发。我们的研究结果表明，新的方法产生的均方根表面误差在$14-40$纳米范围。这些结果还可以通过调整控制和估计参数来改善。所开发的方法也适用于其他DM类型，例如，分段DM。
2021-11-05 astro-ph.IM cs.SY eess.SY
Fundamental limits to high-contrast wavefront control
目前这一代的地面日冕照相仪器使用可变形反射镜来校正相位误差，并在小角度间隔下提高对比度。为了改进这些技术，目前开发了几种空间和地面仪器，使用两个可变形反射镜来校正相位和幅度误差。然而，随着波前控制技术的改进，更复杂的望远镜光瞳几何形状（支撑结构、分割）将很快成为这些下一代日冕仪的限制因素。本文讨论了在高对比度日冕探测中用变形镜进行波前控制的基本限制。我们从波前误差的解析处方开始，以及它们的波长依赖性，并通过日冕模型传播它们。然后，我们考虑几个波前控制架构，可变形反射镜的数量和它们在仪器的光学训练中的位置，以及可用于在有限带通上消除由这些波前误差散射的星光的算法。对于每一种配置，我们得出的剩余对比度的带宽和传入波前的属性的函数。当设定波前要求时，该结果具有后果，以及来自地面和空间的未来高对比度仪器的波前控制架构。特别是，我们表明，这些限制可以严重影响有效的外工作角，可以实现由一个给定的电晕放电仪器。
2017-10-10 astro-ph.IM
Fast Linearized Coronagraph Optimizer (FALCO) IV. Coronagraph design survey for obstructed and segmented apertures
未来空间望远镜上的日冕仪将首次能够直接探测和表征类太阳恒星周围的类地系外行星。近年来，由于NASA喷气推进实验室的系外行星探索计划领导的分段日冕设计和分析（SCDA）计划，对最佳光学日冕设计的追求取得了迅速进展。因此，出现了几种类型的高性能设计，这些设计利用双可变形反射镜来（1）校正光学像差和（2）抑制来自望远镜光瞳中的障碍物和不连续性的衍射星光。然而，用于计算最佳可变形反射镜表面的算法往往是计算密集型的，禁止大规模的设计调查。在这里，我们利用快速线性化日冕优化器（RAMCO），一个工具，允许快速优化变形镜的形状，探索权衡日冕设计的阻碍和分段的空间望远镜。我们比较了具有代表性的形状的瞳孔Lyot和旋涡日冕仪，两个最有前途的概念LUVOIR空间任务的概念设计。我们分析了每种设计的光学性能，包括它们的吞吐量和在低阶像差存在的情况下被动抑制来自部分分辨恒星的光的能力。我们的主要结果是，变形镜的切趾可以充分抑制衍射的支柱和段间的差距，其宽度是主镜直径的$\sim$ 0.1%的顺序检测地球大小的行星在几十毫弧秒从恒星。
2018-07-18 astro-ph.IM
Demonstration of magnetic and light-controlled actuation of a photomagnetically actuated deformable mirror for wavefront control
变形镜在天文成像、激光通信和视觉科学等领域有着广泛的应用。然而，它们通常需要笨重的多通道电缆来向其驱动致动器输送高功率。一个低功率的DM，这是在一个非接触的方式驱动可以提供一个可能的替代这个problem.在这里，我们提出了一个光磁致动变形镜（PMADM）的概念，这是在一个非接触的方式由永磁体和低功率激光加热源驱动。本文介绍了原型光学表面质量的实验室演示，磁控制的焦点，其精确的光控制和COMSOL模拟。PMADM原型由磁性复合材料制成，（聚二甲基硅氧烷[PDMS] +铁磁$\text{CrO}_\text{2}$）和光学-质量的基底层，并且尺寸为30.48 mm $\times$ 30.48 mm $\times$ 175 $μ$ m，光瞳直径为8 mm。当经受0.12 T磁通量密度时，其变形为5.76 $μ$ m，并且弛豫为3.76 $μ$ m当被50 mW激光照射时。考虑到3倍安全系数，还估计失效前的最大冲程为8.78 $μ$ m。这项工作还包括模拟与PMADM，在演示控制高阶模式的第一步，产生像散。一个充分发展的PMADM可以在真空和空间环境中的波前校正的潜在应用。
2021-12-23 astro-ph.IM physics.optics
Deformable mirror-based pupil chopping for exoplanet imaging and adaptive optics
针对地基望远镜AO系统无法校正非共路像差的问题，提出基于变形镜的光瞳斩波波前传感技术，经仿真与SEAL测试台验证，该技术低行程即可线性响应低阶像差，支持kHz级实时湍流校正。
2023-08-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Characterization of deformable mirrors for the MagAO-X project
MagAO-X仪器是Magellan AO系统的升级版，将引入极端的自适应光学能力，用于可见光和近红外波长的高对比度成像。该系统的核心部件是波士顿微机械公司（BMC）的2040致动器微机电（MEMS）变形镜（DM），它将在3.63 kHz下工作，用于高阶波前控制。来自ALPAO的另外两个DM将执行低阶和非公共路径科学臂波前校正。波前校正的准确性受到我们将这些DM命令为期望形状的能力的限制，这需要仔细表征每个DM表面。我们开发了一个表征管道，使用Zygo Verifire干涉仪测量表面响应，并使用Karhunen-Loève变换来消除测量中的噪声。我们提出了我们在表征过程中的进展和我们的管道应用到ALPAO DM 97和BMC Kilo-DM的结果，证明了在亚利桑那大学波前控制（UAWFC）测试平台上的光束足迹中将DM驱动到$\lesssim$ 2 nm和$\lesssim$ 4 nm RMS的平坦的能力。
2018-07-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
Monte-Carlo simulation of ELT scale multi-object adaptive optics deformable mirror requirements and tolerances
多目标自适应光学（MOAO）已经在威廉·赫歇尔望远镜上的CANARY仪器上得到了验证。然而，对于下一代超大望远镜（如EAGLE）上拟议的MOAO系统，仍然存在许多挑战。在这里，我们调查的要求，MOAO操作上的变形镜（DM）的地方使用一个完整的端到端的蒙特卡罗AO模拟代码。通过考虑一个事先的全球地面层（GL）校正，我们表明，MOAO DM的致动器密度可以减少，几乎没有性能损失。我们注意到，这种减少只有在添加GL DM时才有可能，其阶数大于或等于原始MOAO镜的阶数。添加低阶GL DM不会影响系统性能（如果忽略倾斜/倾斜星锐化）。我们还量化了最大机械DM冲程要求（期望3.5 $μ$ m），并提供了DM对准精度的公差，横向（在子孔径的八分之一内）和旋转（在0.2 $^\circ$内）。通过在一系列的激光引导星的直径的结果，我们确保这些结果同样适用于激光断层AO系统。由于对DM致动器密度的要求较低，我们在MOAO系统的实施中提供了显著节省成本的机会。
2013-07-17 astro-ph.IM physics.ins-det
Developing Adaptive Secondary Mirror Concepts for the APF and W.M. Keck Observatory Based on HVR Technology
自适应次镜（ASM）允许将自适应光学（AO）集成到望远镜本身中。TNO开发的基于混合可变磁阻（HVR）致动器技术的自适应次镜为望远镜集成AO提供了一条有前途的道路。HVR致动器的优点是允许反射镜比类似的基于音圈的ASM的反射镜更硬、更功率有效并且可能更简单。我们正在通过实验室测试平台探索这项技术的应用，以验证技术方法。与此同时，我们正在开发几个望远镜的ASM概念设计，包括自动行星望远镜（APF）和凯克天文台。有源滤波器的自适应光放大器可以将通过狭缝的光放大一倍，从而实现径向速度的测量，并显著提高了图像的稳定性。用于WMKO的ASM能够进行地面层AO校正和较低背景红外AO观测，并通过调整卡塞格伦焦点位置的能力提供更灵活的仪器部署。
2021-10-04 astro-ph.IM
Active optics in astronomy - Freeform mirror for the MESSIER telescope proposal
天文学中的主动光学技术提供高成像质量。本文致力于高度可变形的主动光学，可以产生非轴对称的非球面或自由曲面，通过使用最少数量的致动器。该非球面镜是在球面抛光过程中，由作用在封闭形式的基底表面上的单一均匀载荷获得的，同时在轴向反作用下作用于其椭圆周边环。MESSIER空间计划是一个宽视场低中心遮挡折叠双反射镜天文望远镜，或简称为三反射镜天文望远镜（TMA）。光学设计是一个折叠反射施密特。望远镜的基本特征是36厘米孔径，f/2.5，1.6 o 2.6 o视场和弯曲场探测器，允许漂移扫描观测零畸变像差。自由曲面镜是由球面应力抛光产生的，在弹性松弛后提供超抛光的自由曲面。初步的分析需要使用三阶像差的光学理论和薄椭圆板的弹性理论。最后的交叉优化进行了Zemax射线跟踪代码和Nastran有限元弹性代码，以确定完整的几何形状的玻璃陶瓷Zerodur可变形基板。
2019-01-17 astro-ph.IM
Active Optics in Astonomy - Modeling of freeform deformable substrates - FIREBall and MESSIER
主动光学技术在大型望远镜和天文仪器上提供了很高的成像质量。对于地基天文学，自适应光学的共同加入再次增加了角分辨率，至少在红外线中提供衍射限制成像。主动和自适应光学标志着探测系外行星、超大质量黑洞和星系大尺度结构的里程碑式进展。本文致力于高度可变形的主动光学，可以产生非轴对称的非球面或自由曲面，通过使用最少数量的致动器：一个单一的均匀载荷作用在表面的花瓶形基板，而根据其椭圆周边环的反应。两个这样的仪器，1）FIREBall望远镜和MOS的自由形式的反射衍射光栅产生的复制的可变形的主光栅，和2）MESSIER宽视场低中心障碍TMA望远镜的建议，自由形式的反射镜产生的应力成形和弹性松弛。通过平面超抛加工获得自由曲面。初步的分析需要使用三阶像差的光学理论和薄椭圆板的弹性理论。最后的交叉优化进行了Zemax射线跟踪代码和Nastran有限元弹性代码，以确定可变形基板的几何形状。
2019-01-17 astro-ph.IM
X-ray beam-shaping via deformable mirrors: analytical computation of the required mirror profile
具有高聚焦性能的X射线反射镜用于X射线望远镜的反射镜模块以及同步加速器和自由电子激光（自由电子激光）光束线。聚焦清晰度的劣化通常由几何变形和表面粗糙度引起，前者通常由几何光学描述，后者由物理光学描述。一般来说，技术发展的目标是非常紧密的聚焦，这要求反射镜轮廓尽可能符合标称形状，并将粗糙度保持在可忽略的水平。然而，可以通过压电致动器对反射镜进行有意的变形，以赋予焦点所需的尺寸和分布，如在FERMI@Elettra的EIS-TIMEX光束线上所做的那样。所得到的轮廓可以用长轨迹轮廓仪表征，并通过波前传播代码与预期的光学质量相关。然而，如果粗糙度的贡献可以忽略不计，计算可以通过一个射线跟踪例程，并在适当的假设下，焦斑轮廓（点扩散函数，PSF），甚至可以预测分析。这种方法的优点是，分析关系可以颠倒，即从所需的PSF所需的反射镜轮廓可以很容易地计算，从而避免使用复杂和耗时的数值代码。该方法也可以适用于空间不均匀的光束强度的情况下，通常在同步加速器和自由电子激光器的经验。在这项工作中，我们暴露的分析方法和应用的光束整形问题。
2013-04-04 astro-ph.IM physics.optics
Modeling and performance analysis of Implicit Electric Field Conjugation with two deformable mirrors applied to the Roman Coronagraph
本研究将隐式电场共轭（iEFC）算法扩展至双变形镜系统，应用于Roman日冕仪的SPC-WFOV模式，验证了其在单色及宽带场景下实现1E-8以下对比度的有效性，同时指出需较长校准时间抑制噪声以降低模型误差风险。
2024-05-06 astro-ph.IM
