• 한국광학회지
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• 제27권3호
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• pp.106-113
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• 2016

본 논문에서는 37채널을 갖는 적응광학계용 SiC(Silicon Carbide) 변형거울의 파면 보상 성능 검증에 관한 내용을 다룬다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 SiC 변형거울의 파면 보상 성능을 예측하였고, 실제 closed-loop 적응광학계를 구성하여 파면 보상 성능을 확인 하였다. Closed-loop 적응광학계는 광원, 위상판, SiC 변형거울, 고속 샥-하트만 센서 그리고 제어용 컴퓨터로 구성되어있다. 회전하는 위상판에 의해 왜곡된 파면을 샥-하트만 센서로 측정하고, SiC 변형거울을 이용하여 왜곡된 파면을 보상해주는 시스템이다. 결과적으로 closed-loop 적응광학계에서 500 Hz의 속도로 PV(Peak-to-Valley) $0.3{\mu}m{\sim}0.9{\mu}m$, RMS(Root-Mean-Square) $0.06{\mu}m{\sim}0.25{\mu}m$의 왜곡된 파면을 PV $0.1{\mu}m$, RMS $0.03{\mu}m$이하로 보상시킬 수 있었다.

• 천문학회보
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• 제36권2호
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• pp.132.2-132.2
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• 2011

We are developing Adaptive Optics (AO) system for astronomical use. The He-Ne laser works as an artificial light source. The tip-tilt correction servo is added to our AO system. The tip-tilt term, among the Zernike terms, is the biggest contributor of wavefront deformation caused by atmospheric turbulence at small telescopes. The tip-tilt correction servo consists of a Piezo tip-tilt platform with a mirror, a quadrant photodiode as a tip-tilt sensor, and controllers. The Shack-Hartmann wavefront sensor measures the residual wavefront errors and they are corrected by the MEMS (Micro Electro Mechanical System) deformable mirror. The MEMS deformable mirror allows the compact size at low cost compare to adaptive secondary mirror and other deformable mirrors. As the frame rates of the MEMS deformable mirror is about tens of kHz, the frame rates of the detector in wavefront sensor is the bottleneck of the wavefront correction speed. For faster performance, we replaced a CCD which provides frame rates only 70 Hz with a CMOS with frame rates up to 450 Hz.

• Current Optics and Photonics
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• 제6권1호
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• pp.1-9
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• 2022

This paper proposes a robust, simple zonal wavefront-estimation method in a grid sampling model. More slopes are added to the integral equation of the algorithm to improve the accuracy and convergence rate of this approach, especially for higher-order optical aberrations. The Taylor theorem is applied to clarify the mathematical description of the remaining error in the proposed method. Several numerical simulations are conducted to ensure the performance and improvement in comparison to the Southwell and previous algorithm. An experiment is also conducted according to deflectometry output and the results are verified using a reference measured with a stylus system.

• 천문학회보
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• 제36권1호
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• pp.65.1-65.1
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• 2011

We built a simple Adaptive Optics (AO) system at laboratory. This AO system is a step toward developing AO system for astronomical use. In this step, the AO system consists of He-Ne laser as a artificial light source, wavefront sensor, MEMS (Micro electro mechanical system) type deformable mirror and several lenses. MEMS deformable mirror allows the compact system at low cost and the only several mm sized collimated beam. We made Shack-Hartmann wavefront sensor using a lenslet array and a fast frame CCD. Its performance is verified using an artificial phase disturber and noting the movement of spot images by the lenslet array. The frame rate of the driving software is about 70 fps, depending on the control parameters. The characteristics of MEMS deformable mirror was measured which includes the voltage-to-deflection relation, influence function, and cross-talk. The total system is operated under closed-loop control for the artificial phase disturber and the wavefront is found to be compensated successfully.

• 한국광학회지
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• 제28권3호
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• pp.108-115
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• 2017

본 논문은 400~900 nm 파장 대역을 갖는 가시광 및 근적외선 분광기의 조립 및 성능 평가에 대하여 보고한다. 본 분광기는 이 후 결상 망원경과 함께 시야각 ${\pm}7.68^{\circ}$을 갖는 f/2.5의 영상 분광기를 구성한다. 검출기로는 $24{\times}24{\mu}m$ 피치로 이뤄진 $640{\times}480$ 전하결합소자(CCD)가 적용된다. 분광기는 두 개의 동심 구면으로 구성된 오프터 타입이며, 분광을 위하여 2번째 거울이 회절격자 거울로 교체되어 있다. 본 논문에서 다루는 분광기 광학 설계가 제곱평균제곱근(root mean suqared, RMS) 파면 잔여 수차가 210 nm(파장 600 nm 기준, $0.35{\lambda}$)로 통상 적용되는 간섭계를 이용한 이중 경로 광학 측정법 적용이 어렵고, 또한 측정 및 정렬의 용이성을 고려하여 샤크-하트만 센서를 적용한 단일 경로 파면 측정법을 적용하여 정렬 및 조립 절차를 수립하였다. 최종 조립 후 RMS 파면 오차 변화가 전 시야에 걸쳐 90 nm이내로 정렬되었음을 확인하였다. 이 후 조립 광학 구성을 유지한 채 2개 적층슬릿 지그를 이용하여 생성한 다중 핀 홀의 크립톤 램프 분광 이미지를 획득하였으며, 획득된 이미지의 분석을 통하여 조립 분광기의 분광 분해능, 키스톤 및 스마일이 각 4.32 nm, 0.08 픽셀 및 0.13 픽셀로 요구 사항을 만족하는 것을 확인하였다. 결론적으로 샤크-하트만 센서를 적용한 오프너 분광기의 조립 절차는 유효함을 확인하였다.

• 천문학회보
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• 제46권2호
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• pp.53.3-53.3
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• 2021

Adaptive Optics (AO) was first studied in the field of astronomy, and its applications have been extended to the field of laser, microscopy, bio, medical, and free space laser communication. AO modelling and simulation are required throughout the system development process. It is necessary not only for proper design but also for performance verification after the final system is built. In KASI, we are trying to develop the AO Python Package for AO modelling and simulation. It includes modelling classes of atmosphere, telescope, Shack-Hartmann wavefront sensor, deformable mirror, which are the components for an AO system. It also includes the ability to simulate the entire AO system over time. It is being developed in the Super Eye Bridge project to develop a segmented mirror, an adaptive optics, and an emersion grating spectrograph, which are future telescope technologies. And it is planned to be used as a performance analysis system for several telescope projects in Korea.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제8권4호
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• pp.110-119
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• 2005

In this paper, a new detection algorithm was proposed for finding the position of lenslet array spot pattern used to acquire laser wavefront. Based on the analysis of the required signal processing characteristics, we categorized into and designed four main signal processing functions. The proposed was designed in order to have robust feature against a variation of geometrical form of the spot and also implemented to have semi-automatic thresholding capability based on CCD noise analysis. For performance evaluation, we made qualitative and quantitative comparisons with Carvalho's algorithm which has been published in recent. In the given experimental spot images, the proposed could detect the spots which has 1/3 times lower than the least S/N of which Carvalho's can detect and could reach to a detection precision of 0.1 pixel at the S/N. In functional aspect, the proposed could separate all valid spots locally. From these results, the proposed could have a superior precision of location detection of spot pattern in wider S/N range.

• 한국광학회지
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• 제34권3호
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• pp.99-105
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• 2023

천체망원경의 성능은 여러가지 요소에 의해 결정된다. 대기 난류도 그 중 하나인데, 대기 난류는 망원경으로 수집한 빛을 왜곡시켜 이미지의 선명도와 해상도를 저하시킨다. 때문에 대기 난류를 보정하기 위한 기술이 연구되어 왔다. 보정 기술을 연구하기 위해서는 대기 난류를 실험실에서 모사해야 하며, 그 중 가장 실용적인 방법으로 위상판을 이용한 방법이 있다. 심한 난기류를 모사한 위상판을 측정할 때에는 주로 샥하트만 파면 센서로 측정하게 된다. 이 때, 레이저 광원은 위상판을 거쳐 샥-하트만 파면 센서로 들어가게 되는데 위상판을 거치면서 레이저의 세기가 줄어들고, 이로 인해 샥-하트만 파면 센서가 위상판을 측정하지 못하는 경우가 발생한다. 본 논문에서는 난기류를 모사한 위상판 측정 시 레이저 출력 조절의 필요성과 레이저 출력이 측정된 파면에 어떤 영향을 미치는지를 알아본다. 프라이드 파라미터 r₀이 상대적으로 낮은 위상판의 경우 레이저 출력으로 인해 10% 이상 r₀이 변화하였다. r₀이 상대적으로 높은 위상판의 경우 레이저 출력으로 인한 변화가 5% 미만으로 r₀이 거의 변하지 않음을 보였다. 따라서 난기류가 심한 대기 상태를 모사한 위상판일수록 레이저 출력의 영향이 미미함을 알 수 있었다. 또한, 본 논문의 시스템을 기준으로 레이저 출력 5 mW 이상에서 난기류를 모사한 위상판을 측정할 수 있었다.

• Current Optics and Photonics
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• 제2권3호
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• pp.269-279
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• 2018

We are currently investigating the feasibility of a 1.6 m telescope with a laser-guide star adaptive optics (AO) system. The telescope, if successfully commissioned, would be the first dedicated adaptive optics observatory in South Korea. The 1.6 m telescope is an f/13.6 Cassegrain telescope with a focal length of 21.7 m. This paper first reviews atmospheric seeing conditions measured over a year in 2014~2015 at the Bohyun Observatory, South Korea, which corresponds to an area from 11.6 to 21.6 cm within 95% probability with regard to the Fried parameter of 880 nm at a telescope pupil plane. We then derive principal seeing conditions such as the Fried parameter and Greenwood frequency for eight astronomical spectral bands (V/R/I/J/H/K/L/M centered at 0.55, 0.64, 0.79, 1.22, 1.65, 2.20, 3.55, and $4.77{\mu}m$). Then we propose an AO system with a laser guide star for the 1.6 m telescope based on the seeing conditions. The proposed AO system consists of a fast tip/tilt secondary mirror, a $17{\times}17$ deformable mirror, a $16{\times}16$ Shack-Hartmann sensor, and a sodium laser guide star (589.2 nm). The high order AO system is close-looped with 2 KHz sampling frequency while the tip/tilt mirror is independently close-looped with 63 Hz sampling frequency. The AO system has three operational concepts: 1) bright target observation with its own wavefront sensing, 2) less bright star observation with wavefront sensing from another bright natural guide star (NGS), and 3) faint target observation with tip/tilt sensing from a bright natural guide star and wavefront sensing from a laser guide star. We name these three concepts 'None', 'NGS only', and 'LGS + NGS', respectively. Following a thorough investigation into the error sources of the AO system, we predict the root mean square (RMS) wavefront error of the system and its corresponding Strehl ratio over nine analysis cases over the worst ($2{\sigma}$) seeing conditions. From the analysis, we expect Strehl ratio >0.3 in most seeing conditions with guide stars.