Scintillations of optical vortex in randomly inhomogeneous medium
对涡旋拉盖尔-高斯光束与非涡旋甜甜圈孔和高斯光束在随机非均匀大气中传输的闪烁指数进行了比较数值和解析分析。发现光涡旋轴上的闪烁指数与光路上的湍流强度之间存在单位阶跃关系。结果表明,涡旋光束和非涡旋光束的截面中的涡旋行为有很大的不同。
2014-11-07 physics.optics
General Scintillation for Gaussian Beam Propagating through Oceanic Turbulence and UWOC System Performance Evaluation
本文推导了弱海洋湍流中高斯光束闪烁指数的通用闭合表达式,涵盖非零Kolmogorov微尺度情形,并利用Argo实测数据分析了闪烁指数和误码率随各参数及深度的变化,为UWOC系统设计优化提供依据。
2024-06-17 physics.ao-ph physics.optics
Conventional Scintillation Statistics with Turbulence Impacted Coupled Dipole Oscillation
Indian Institute of Space Science and Technology (IIST)(印度空间科学和技术学院)
本文通过广义洛伦兹偶极子振荡模型研究PMMA棒在湍流中的光传播,揭示同步偶极子振荡可部分补偿湍流引起的波前畸变,并通过实验验证了偶极子耦合对闪烁的抑制作用。
2025-11-05 physics.app-ph physics.optics
Scintillation reduction by use of multiple Gaussian laser beams with different wavelengths
研究了N束不同波长的部分重叠准直最低阶高斯激光束在弱湍流大气中的闪烁指数。使用Rytov近似,我们计算的初始光束分离,最大限度地减少纵向闪烁。通过优化光束间距和光斑尺寸,可以进一步减小纵向闪烁。最佳N束配置的纵向闪烁与N成反比,导致9束系统与单束值相比减少了92%。最佳N束配置的径向闪烁值明显小于相应的单束值。
2006-11-27 physics.optics
Propagation of Bessel and Airy beams through atmospheric turbulence
通过数值模拟,研究了贝塞尔光束和艾里光束在湍流大气中传输时的变化。我们发现,当光束的横向相干长度(Fried参数)分别接近于初始孔径或孔径对角线时,大气湍流会破坏贝塞尔光束和艾里光束的准无衍射特性。湍流引起的横向相位畸变限制了贝塞尔和艾里光束在湍流大气中长距离传输的有效性。
2013-12-02 physics.optics
Biphoton states in correlated turbulence
分析了湍流对光子对在同一介质中共同传播的影响。的行为进行比较的情况下,这些光子分别通过不同的湍流介质传播。通过推导和求解无穷小传播方程,用多相屏方法进行分析。我们应用这些结果的情况下,初始光子纠缠在其空间自由度的援助下,自发参量下转换。结果表明,对于该输入态,在弱闪烁近似下,关联介质中纠缠的衰减比非关联介质中的衰减快。在弱闪烁近似下,当纠缠接近于零时,相关介质中的纠缠衰减较慢-作为闪烁强度的函数渐近地接近于零。这是相反的情况下,在不相关的介质中,纠缠成为零,在有限的闪烁强度。
2016-12-08 physics.optics quant-ph
A Unifying Statistical Model for Atmospheric Optical Scintillation
在本文中,我们开发了一个新的统计模型的辐照度波动的无界光学波前(平面波和球面波)通过湍流介质中传播的均匀,各向同性湍流的所有辐照度波动条件下。该模型的主要优点是,导致一个无界的光学波前在所有湍流制度下的基本信道统计的封闭形式和prostically-tracable表达式。此外,它统一了大多数建议的统计模型的辐照度波动中得到的参考书目提供,此外,一个很好的协议与实验数据。
2011-02-09 physics.ao-ph physics.optics
Influence of atmospheric turbulence on states of light carrying orbital angular momentum
实验研究了轨道角动量(OAM)光束通过模拟大气湍流传输时模式纯度的下降。湍流被建模为一个随机变化的相位畸变,它服从统计假设的Kolmogorov湍流理论。我们通过使用相位空间光调制器来引入这种模拟湍流。一旦引入湍流,模式质量的降低导致OAM模式之间的串扰。我们研究了OAM中的11种模式的串扰,表明湍流均匀地降低了在此范围内的所有模式的纯度,而不管模式数。
2012-05-31 physics.optics
Reduction of laser intensity scintillations in turbulent atmospheres using time averaging of a partially coherent beam
我们通过实验和数值模拟证明,部分相干光束(PCB)与时间平均相结合的应用导致闪烁指数显着降低。我们使用一个简化的实验方法,其中大气湍流模拟的相位扩散。的散斑大小,相位调制的幅度,和大气湍流的强度的作用进行检查。我们得到很好的协议,我们的数值模拟和我们的实验结果。该研究为物理大气中基于PCB的闪烁减少方法的未来应用提供了有益的基础。
2009-06-24 physics.comp-ph physics.optics
Femtosecond Laser Filamentation in Atmospheric Turbulence
本文实验研究了大气湍流强度和区域对飞秒激光成丝分布的影响,发现湍流增加会导致光丝起始位置上升、长度变短、光斑变大甚至形成多丝,且横向位移标准差与湍流结构常数成正比。
2023-06-27 physics.optics
Experimental verification of phase discontinuities induced scintillation enhancement under weak perturbations
通过测量两束带$\pm 1$拓扑电荷的相干高斯涡旋光束在热致湍流中传输时的闪烁指数,验证了闪烁增强的存在。基于参考波干涉法的进一步实验研究表明,这种现象是由螺型位错和无限延伸刃型位错的共同作用,即各向异性位错的影响所致。实验结果表明,各向异性位错比各向同性螺型位错和无限延伸刃型位错对微扰更敏感,说明各向异性位错具有微扰测量的潜力。这一现象对进一步研究相位不连续性具有指导意义。
2021-12-13 physics.optics
Passive scintillometer: Theory and proof of concept
我们提出了一种低成本的被动式湍流计的设计,通过分析两个区域之间的均匀,但不同的亮度的直边的图像中的闪烁来测量光学湍流的强度。基于相位屏和严格的路径积分传播成像模型,提出了两种理论方法来描述湍流。两种模型的渐近分析导致四个不同的成像情况。我们提出了两个统一的近似,涵盖了最有前途的结论,为被动微波计的应用。闪烁强度和闪烁区的宽度都可以用来估计湍流强度。我们提出了概念验证实验的结果,其中专门制作的目标的图像由配备有长焦镜头的消费级相机拍摄。我们描述的图像处理,分离的目标特性的湍流。计算了三个光谱波段和几个孔径下图像方差的空间分布。正如预期的那样,闪烁主要集中在尖锐的边缘,而在目标的均匀明亮部分则不存在。观察到的边缘闪烁的方差在理论范围内,并提供合理的估计的湍流结构常数在三个光谱带。然而,闪烁区的宽度和对孔径的依赖性与用于较大孔径的薄透镜成像理论不一致。我们将此归因于对条形目标的附加台架测试显示,相机和透镜分辨率远低于标称薄透镜衍射极限,并且应使用不同的光学设置以利用波动的空间分布和孔径依赖性。
2021-06-28 physics.ins-det physics.optics
Coupled Dipole Oscillation Enabled Scintillation Compensation in Turbulence-Impacted Laser Beam
本工作扩展洛伦兹模型至非线性恢复力,结合并矢格林函数建立非局域介质框架,通过简正模式微扰展开获得有效非线性磁化率核,并利用标量格林函数推导输出场,桥接微观偶极动力学与宏观光学传播,为湍流影响下的激光闪烁补偿提供理论支撑。
2025-09-26 physics.class-ph physics.optics
Robust structured light in atmospheric turbulence
本文提出大气湍流的真正本征模式,使结构光在大气传播中保持不变,并通过理论和实验验证其不变性,方法可扩展至水下和光纤等信道。
2022-05-16 physics.optics
Observing the decay of orbital angular momentum entanglement, through experimentally simulated turbulence
研究了其中一个光子在Kolmogorov湍流中传播时,轨道角动量(OAM)纠缠二体光子态的演化,并以纠缠度作为纠缠度的度量.进行量子态层析成像以针对一系列闪烁强度重建两个量子位密度矩阵。我们的结果给出了第一个直接的实验确认现有的理论,由于大气湍流的纠缠衰变。我们还展示了模式散射如何随着闪烁的增加而增加,并且我们讨论了由于大气湍流而导致的纠缠耗散对自由空间量子通信的影响。
2012-10-10 physics.optics quant-ph
Comment on `Simulating thick atmospheric turbulence in the lab with application to orbital angular momentum communication'
最近,Rodenburg等人(2014 New J.Phys.16 033020)提出了一种用于通过紧凑的实验室布置来模拟均匀分布的Kolmogorov谱湍流的长路径上的传播的方法,该紧凑的实验室布置使用两个仔细放置和控制的空间光调制器。我们表明,他们的模拟方法模仿的行为的平面波传播,而不是一般的波束波传播。因此,其轨道角动量(OAM)串扰结果准确地表示在通过湍流的水平路径传播中预期的行为的状态可能限于准直光束OAM模式,其直径足以使相干性引起的光束扩展可忽略不计。
2014-06-10 physics.optics
Robust End-to-End FSO Transmission with Joint Coding Modulation and BiLSTM-Based Channel Modeling under Atmospheric Turbulence
针对大气湍流影响FSO通信性能的问题,提出融合基于BiLSTM的信道模型与JSCCM的TRFSO系统,经真实链路数据训练后,强湍流下MS_SSIM较AWGN信道训练的同架构系统平均提升3.5 dB,实现了动态湍流下的鲁棒可靠传输。
2025-09-04 physics.optics
Effect of atmospheric turbulence on propagation properties of optical vortices formed by using coherent laser beam arrays
本文研究了大气湍流对径向相干激光束列阵形成的光学顶点传输的影响。利用推广的惠更斯-菲涅耳衍射积分,解析推导了径向相干激光列阵通过湍流大气的传输公式。根据推导的公式,详细研究了大气湍流对这种激光列阵传输特性的影响。我们的主要结果表明,大气湍流可能导致光学涡旋的形成被禁止或所形成的光学涡旋消失,这与自由空间中的情况有很大的不同。在中等或弱湍流大气中,形成的具有较高拓扑荷的光学涡旋可以传播更长的距离。经过足够长距离的大气传输后,所有输出光束(即使初始相位分布不同)最终都失去涡旋特性,逐渐变成高斯型光束,此时由于湍流大气的退相干效应,输出光束实际上变成了非相干光场。
2008-06-10 physics.optics
An optimal transport model for imaging in atmospheric turbulence
我们描述了一个新的模型,通过露天的折射率的变化(例如,由于湍流)的存在下,使用最佳传输理论的图像传播。我们描述的光子密度,或图像强度,和行波的相位之间的关系,连同一个最小作用量原理,提出了一种方法,用于近似恢复的解决方案的光子流。通过将大气传播解决方案与最佳运输相联系,我们提供了一个基于物理学(而不是现象学)的模型,用于预测图像序列的连续性引起的变化。利用模拟和真实数据来验证模型并将其与通常用于对这种类型的数据进行建模的其他现有方法进行比较。鉴于其优越的性能,在描述实验数据,新模型提出了新的算法,为各种大气成像应用。
2017-08-30 physics.optics
Simulating thick atmospheric turbulence in the lab with application to orbital angular momentum communication
我们描述了一个程序,通过该程序,一个长($\gtrsim 1\,\mathrm{km}$)通过大气湍流的光路可以在实验中模拟在一个受控的方式,并缩小到容易在实验室设置的距离。然后,这个过程被用来模拟一个1公里长的自由空间通信链路中的信息被编码在轨道角动量(OAM)的空间模式。我们还表明,标准的自适应光学方法可以用来减轻许多厚大气湍流的影响。
2014-01-29 physics.optics
Atmospheric Turbulence-Resilient Long-Range Fourier Ptychography
本文提出湍流抑制傅里叶叠层成像(TMFP)框架,通过多幅短曝光随机畸变测量的统计特性恢复衍射受限子孔径图像,解决了长距离FP在大气湍流下的成像退化问题。
2025-07-05 physics.optics
Correlations of the phase gradients of the light wave propagating in a turbulent medium in the regime of weak scintillations
Russian Federal Nuclear Center – Russian Research Institute of Experimental Physics(俄罗斯联邦核中心——俄罗斯实验物理研究所);Landau Institute for Theoretical Physics, RAS(兰道理论物理研究所,俄罗斯科学院);Lomonosov State University, Faculty of Physics, Branch of Lomonosov State University(罗蒙诺索夫国立大学物理学院,罗蒙诺索夫国立大学分校);National Research Nuclear University MEPhI – Sarov Physical and Technical Institute(国家研究核大学MEPhI——萨罗夫物理技术研究所)
研究光波在弱闪烁湍流中传播时相位梯度的相关性,通过数值模拟验证了扰动理论的期望。
2026-01-13 physics.optics
Spatially-Resolved Atmospheric Turbulence Sensing with Two-Dimensional Orbital Angular Momentum Spectroscopy
本研究提出二维OAM光谱法,结合SVM分类器,通过径向分辨分析实现大气湍流参数高精度反演,在20种条件下中位准确率达85.47%,较一维方法提升23%。
2025-09-08 physics.optics
Measuring Phase Errors in the Presence of Scintillation
强湍流条件通过近场衍射效应产生振幅像差。当在长光程长度上积分时,振幅像差(被视为闪烁)可以使相干光束的记录图像中的局部区域无效,从而使波前重建过程复杂化。为了估计望远镜光束控制系统在强湍流环境下的相位畸变,自适应光学的波前传感器(WFS)必须对闪烁具有鲁棒性。我们已经设计并建造了一个WFS,我们称之为“菲涅耳传感器”,它使用近场衍射来测量中等到强湍流条件下的相位误差。系统的研究其灵敏度进行了实验室实验,使用点源信标。然后将结果与Shack-Hartmann WFS(SHWFS)进行比较。当SHWFS在存在中等湍流的情况下经历辐照度衰减时,菲涅耳WFS继续常规地提取相位信息。对于闪烁指数为$S = 0.55$,我们表明,菲涅耳WFS提供了一个因素的$9\times$增益的灵敏度超过SHWFS。我们发现,菲涅尔WFS是能够与极低的光水平,对应于一个信噪比只有$\mbox{SNR}\approx 2-3$每像素的操作。这种器件非常适合于相干光束传播、激光通信、遥感以及涉及长光程、沿地平线的位置线和微弱信号的应用。
2020-12-22 astro-ph.IM physics.optics
Knots of Darkness in Atmospheric Turbulence
该研究结合实验与理论,利用相位屏模拟大气湍流并通过复场单次测量重建光学暗结,揭示其拓扑在弱湍流下保持、强湍流下可能破缺。
2024-05-08 physics.optics
Correlated imaging through atmospheric turbulence
研究了大气湍流背景下的相关成像,推导了湍流对图像分辨率影响的解析表达式。与直接成像相比,相关成像可以在一定程度上降低湍流的影响,重建高分辨率图像。数值模拟的结果是支持的,在其中的随机相位屏幕插入传播路径模拟的相干性引起的相位扰动。
2010-05-27 astro-ph.IM physics.optics quant-ph
Non-Markovian evolution of photonic quantum states in atmospheric turbulence
将光子在湍流大气中传播的空间自由度的演化视为一个非马尔可夫过程。在这里,我们推导并求解这个过程的演化方程。湍流介质是由一系列的多相屏一般湍流条件下。非马尔可夫观点导致二阶微分方程的传播距离。该微分方程的解是在假设湍流相对较弱的情况下,借助于摄动分析得到的。我们还提供了更一般的湍流强度的另一种解决方案,但我们引入了一个简化的微分方程。
2015-12-15 physics.optics quant-ph
Using an incoherent target-return to adaptively focus through atmospheric turbulence
激光束通过大气湍流传输到远距离目标时会产生光强起伏。如果目标是合作的并且提供相干返回光束,则在光束发射器附近测量的相位和自适应光学原则上可以校正这些波动。然而,一般来说,目标是不合作的。在这种情况下,我们表明,从目标的非相干返回可以代替使用。利用互易原理,我们推导出一个新的关系,在目标和反射场的检测器之间的字段。我们模拟了一个自适应光学系统,利用这个关系,通过大气湍流聚焦光束到非相干表面上。
2015-11-20 physics.ao-ph physics.optics
Robust entangled qutrit states in atmospheric turbulence
光子对的纠缠量子态在大气湍流中传输时,由于受到闪烁的影响,纠缠会发生衰减。在这里,我们调查的鲁棒性对这种衰减不同的quutrit状态。我们使用一个无限小的传播方程,以获得密度矩阵作为传播距离的函数,我们使用的纠缠量子对之间的纠缠进行量化。各种初始状态的演化,因为它们通过湍流传播被认为是。通过对初始参数的优化,我们得到了保持初始纠缠长于初始最大纠缠态的二体quutrit态的表达式。
2012-11-14 physics.optics quant-ph
Atmospheric Quantum Channels with Weak and Strong Turbulence
高保真光信号在远程位置之间的自由空间传输具有许多应用,包括经典和量子通信、精确导航、时钟同步等。在光通过大气湍流传播的理论中,需要仔细分析导致信号衰落和损耗的物理过程。在这里,我们推导出的概率分布的大气透射率,包括光束漂移,光束形状变形,光束展宽的影响。我们的模型,被称为椭圆光束近似,适用于弱,弱到中等,强湍流,因此在大气通信场景中的最重要的制度。
2017-07-19 physics.ao-ph physics.optics quant-ph
Beating Optical Turbulence Limits Using High Peak-Power Lasers
我们实验证明了非线性自沟道光束的能力,以抵抗双折射引起的扩展和闪烁。时空数据的850米长,可控的湍流范围,可以产生弱到强的湍流的需求。在这个范围内,大气损耗和扩散的影响是显著的。仿真结果也显示出良好的一致性与实验。
2019-05-21 physics.ao-ph physics.optics
Highly-transmitting modes of light in dynamic atmospheric turbulence
本文研究动态大气湍流中的光传输问题,提出利用瞬时空间奇异模式替代自适应光学校正的标准编码基,以实现更稳定的高保真信号传输,并揭示其透射功率呈亚扩散代数衰减。
2023-04-11 physics.ao-ph physics.optics
Atmospheric Turbulence-Aware Optimization of Generalized Kennedy Receivers for Coherent-State BPSK Quantum Communication
The University of Alabama in Huntsville(阿拉巴马大学亨茨维尔分校)
针对湍流自由空间光信道中的相干态BPSK通信,提出遍历互信息框架联合优化广义Kennedy接收机的位移与输入先验概率。
2026-09-09 physics.optics quant-ph
Influence of Atmospheric Turbulence on Optical Communications using Orbital Angular Momentum for Encoding
我们描述了一个实验实现的自由空间11维通信系统使用轨道角动量(OAM)模式。该系统具有2.12比特/光子的最大测量OAM信道容量。量化了Kolmogorov薄相湍流对OAM信道容量的影响。我们发现,增加湍流导致信道容量的退化。我们能够通过增加检测到的OAM模式之间的间距来减轻湍流的影响。该研究对高维量子密钥分发(QKD)系统具有重要意义。我们描述了可以使用我们目前的技术构建的QKD系统。
2012-06-04 physics.optics quant-ph
Starlight coupling through atmospheric turbulence into few-mode fibers and photonic lanterns in the presence of partial adaptive optics correction
被大气湍流破坏的星光不能有效地耦合到基于集成光学的天文仪器中,因为它们需要高空间相干性的光耦合到它们的单模波导中。低阶自适应光学与光子灯笼的结合提供了一种实用的方法来实现有效耦合到多路复用的天文光子器件。我们调查,辅助模拟和实验测试平台,之间的权衡自由度的自适应光学系统和那些的集成光学元件的输入波导导致一个具有成本效益的混合系统,实现了信噪比高于一个独立的设备由单模光纤馈送。
2020-11-26 astro-ph.IM physics.optics
Cancellation of atmospheric turbulence effects in entangled two-photon beams
长期以来,大气中的湍流气流及其折射率的随机波动一直被认为是天文成像中图像退化的主要原因,并且是当信息被编码在激光束的空间轮廓中时可靠的光学通信的障碍之一。在这里,我们表明,使用相关成像和适当准备的光子对源,最严重的扰动造成的光束湍流可以被抵消。除了双光子光源,只需要线性无源光学元件,与自适应光学技术相反,我们的方案不依赖于主动波前校正。
2013-06-08 physics.optics quant-ph
Compensation-Free High-Capacity Free-Space Optical Communication Using Turbulence-Resilient Vector Beams
自由空间光通信是为许多关键的点对点应用建立通用、安全和高带宽通信的一种有前途的手段。虽然光的空间模式提供了额外的自由度以增加光链路的信息容量,但大气湍流会对空间模式引入严重的失真并导致数据降级。在这里,我们提出并证明了一个矢量波束为基础的,连续弹性的通信协议,即空间偏振差分相移键控(SPDPSK),可以编码大量的信息水平,使用正交空间偏振态的光。我们的实验表明,矢量模式的空间偏振分布是弹性的大气湍流,因此可以可靠地传输高维信息通过混浊的通道,而不需要任何自适应光学光束补偿。我们构建了一个原理验证实验与可控湍流细胞。利用34个矢量模,我们测量了通过闪烁指数大于1的湍流信道的每脉冲4.84比特的信道容量(对应于4.3%的数据差错率)。我们的SPDPSK协议还可以有效地传输4.02位的信息,每个脉冲使用18个矢量模式,通过更强的湍流闪烁指数为1.54。我们的研究为矢量光束的空间偏振分布如何适应大气湍流提供了直接的实验证据,并为在恶劣湍流环境下具有强大性能的实用,高容量,自由空间通信解决方案铺平了道路。
2019-10-11 physics.ao-ph physics.optics
Enhanced Atmospheric Turbulence Resiliency with Successive Interference Cancellation DSP in Mode Division Multiplexing Free-Space Optical Links
我们实验证明了增强的大气湍流弹性在137.8 Gbit/s/模式的模分复用自由空间光通信链路通过应用连续干扰消除数字信号处理算法。通过模分复用链路中的冗余接收信道,进一步增强了湍流弹性。使用市售的模式选择性光子灯、商业转发器和基于空间光调制器的湍流仿真器来执行概念验证演示。在该链路中,成功地以低于硬判决前向纠错极限的平均误比特率发送了5个空间模式,其中每个模式承载34.46吉波特的双极化正交相移键控信号。因此,我们实现了创纪录的高模分复用和偏振分复用信道数为10,创纪录的高线速率为689.23 Gbit/s,和创纪录的高净频谱效率为13.9 bit/s/Hz的模分复用自由空间光学系统中的模拟湍流链路。
2022-07-19 eess.SP physics.optics
Infinitesimal propagation equation for decoherence of an OAM entangled biphoton in atmospheric turbulence
导出了轨道角动量纠缠双光子态在湍流大气中传输的退相干的一阶微分方程。推导是基于轨道角动量状态由于通过湍流大气薄层传播而经历的失真。这种失真被视为一个无穷小变换导致一阶微分方程,我们称之为一个无穷小传播方程。该方程被应用到一个简单的量子比特的情况下,以显示如何纠缠衰减。
2011-05-11 physics.optics quant-ph
Randomized Spectral Sampling for Efficient Simulation of Laser Propagation through Optical Turbulence
提出了一种基于傅里叶变换频移特性的大气湍流相位屏的生成方法。该方法产生低空间频率失真,而不需要与使用次谐波子网格的方法相关联的额外计算时间惩罚。它表明,对于有限的外尺度的大气湍流的模拟,我们的方法相对于屏幕的统计相结构函数的性能满足或超过其他方法与理论的一致性。我们概述了小规模的精度问题与建模非柯尔莫哥洛夫谱幂律使用现有的技术,并提出了一个解决方案。对于通过大气光学湍流的长距离传播的模拟,我们的方法提供了各种优势,比标准方法。
2019-09-17 physics.ao-ph physics.optics
Predicting atmospheric turbulence for secure quantum communications in free space
本文提出了一种名为TAROCCO的循环神经网络,基于5.4公里链路9个月的天气和湍流数据预测自由空间信道湍流强度,并通过模拟高维量子密钥分发协议证明其能优化密钥交换路由,保障安全通信。
2024-06-20 physics.comp-ph physics.optics quant-ph
Modeling Optical Key Distribution over a Satellite-to-Ground Link Under Weak Atmospheric Turbulence
本文针对低轨卫星到地面FSO链路,建立含吸收散射、几何损耗、对准误差和湍流起伏的IM/DD OKD信道模型,比较不同噪声、协调效率及风向条件下的密钥容量。
2025-08-07 physics.app-ph physics.optics physics.space-ph
PSF--NET: A Non-parametric Point Spread Function Model for Ground Based Optical Telescopes
Taiyuan University of Technology(太原理工大学);Durham University(杜伦大学)
地面光学望远镜受大气湍流引起的像差影响严重。了解这些像差的性质对仪器设计和图像恢复方法的发展都很重要。由于点扩散函数能反映整个光学系统的性能,因此用点扩散函数来描述大气湍流引起的像差是合适的。假设具有相同廓线的大气湍流引起的点扩散函数属于同一流形空间,我们提出了一种非参数的点扩散函数-- PSF-NET。PSF-NET具有循环卷积神经网络结构,是由具有相同廓线的大气湍流引起的PSF流形空间的统计表示。用模拟数据和实际观测数据对PSF-NET进行了测试,结果表明,经过良好训练的PSF-NET可以恢复任何短曝光的大气湍流模糊图像,并且具有相同的轮廓。此外,我们进一步使用PSF-NET的脉冲响应,它可以被视为统计平均PSF,来分析PSF-NET的解释属性。我们发现统计平均PSF的变化是由大气湍流廓线的变化引起的:随着大气湍流廓线差异的增大,统计平均PSF之间的差异也增大。本文提出的PSF-NET方法为分析大气湍流引起的像差提供了一种新的途径,这将有助于发展新的地面光学望远镜观测方法。
2020-03-02 astro-ph.IM astro-ph.SR cs.CV