清華大學(xué)在計算成像方向獲新進展
提出了計算光場新原理，建立數(shù)字自適應(yīng)光學(xué)模型，研制了廣域波前計算傳感芯片，實現(xiàn)了超1100角秒（對角線）范圍的大氣湍流實時探測和預(yù)測。
 17世紀(jì)初，人類開始將觀測儀器指向遙遠(yuǎn)的宇宙，希望捕獲穿越千年的光子，接收遙遠(yuǎn)星河傳來的訊息。然而，大氣湍流猶如漂浮在空中的透明幽靈，干擾著光子的前進，遮掩宇宙初期的秘密。1964年，美國物理學(xué)家理查德·費曼（Richard Feynman）指出，“湍流是經(jīng)典物理學(xué)中最重要的未解決問題之一”。大氣湍流這一高度混沌系統(tǒng)，是湍流中最難以被捕獲的存在之一，其運動模式具有極強的隨機性，難以精確建模、探測和預(yù)測。 清華大學(xué)電子工程系方璐團隊與自動化系戴瓊海院士、吳嘉敏副教授團隊開展交叉合作，提出了計算光場新原理，建立數(shù)字自適應(yīng)光學(xué)模型，研制了廣域波前計算傳感芯片（Wide-field WavefrontSensor, WISE），實現(xiàn)了超1100角秒（對角線）范圍的大氣湍流實時探測和預(yù)測。該成像技術(shù)具備大視場、高分辨、強魯棒等優(yōu)勢，感知范圍相比廣泛使用的夏克-哈特曼波前傳感器提升了近千倍。WISE芯片的探測視場等價于成百上千個波前傳感器的總和，可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)，賦能大氣湍流的廣域探測和預(yù)測，修正大氣湍流擾動，實現(xiàn)大范圍光信號的高效采集與精準(zhǔn)重建。  大氣湍流廣域波前傳感芯片概念圖 課題組深入探究大氣湍流的物理本質(zhì)，其對于光子的操縱來自于非均勻折射率帶來的傳播角度偏折。因此，空間-角度四維光場的高精度采集與重構(gòu)可以揭示高維角度域中隱藏的湍流信息，進而打破廣域大氣湍流觀測壁壘。相比傳統(tǒng)自適應(yīng)光學(xué)采用的夏克-哈特曼波前傳感器，WISE能夠捕獲更大視場范圍內(nèi)的空間非一致湍流信息，此優(yōu)勢是由系統(tǒng)架構(gòu)決定的。自適應(yīng)光學(xué)的夏克-哈特曼波前傳感器在共軛光瞳平面上實現(xiàn)直接孔徑分割，其空間采樣受限，只能探測一定視場范圍內(nèi)的平均波前。WISE則采用間接孔徑分割方案，配置分布式微型透鏡陣列，每個微透鏡從不同的視場方向記錄入射光子角度的信息，從而有效地最小化串?dāng)_，捕獲更大視場范圍內(nèi)的空間非一致湍流信息。  基于WISE芯片的大氣湍流觀測系統(tǒng)示意圖 |
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