Dichroic beam-splitter (DBS) with polarization-maintaining took an important role in the free space quantum telecommunication tests on the Micius satellite of China. In this presentation, we designed and prepared a 50 layer polarization-maintaining DBS coating by a dual ion beam sputtering deposition (Dual-IBS) method. In order to solve a stress problem, an 18 layer special anti-reflection (AR) coating with similar physical thickness ratio was deposited on the backside. By stress compensation, the surface flatness RMS value of the DBS sample decreased from 0.341 λ (@632.8 nm) to 0.103 λ while beam splitting and polarization maintaining properties were almost kept unchanged. Further, we discussed the mechanism of film stress and stress compensation by equation deduction and found that total stress had a strong relationship with the total physical thickness and the ratio of layer materials.
Cho, Ju Yong;Lee, Seunghoon;Kim, Hyoungjin;Jang, Won Kweon
Current Optics and Photonics
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v.6
no.3
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pp.244-251
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2022
We introduce a spectral reconstruction method to enhance the spectral resolution in a static modulated Fourier-transform spectrometer. The optical-path difference and the interferogram in the focal plane, as well as the relationship of the interferogram and the spectrum, are discussed. Additionally, for better spectral reconstruction, applications of phase-error correction and apodization are considered. As a result, the transfer function of the spectrometer is calculated, and then the spectrum is reconstructed based on the relationship between the transfer function and the interferogram. The spectrometer comprises a modified Sagnac interferometer. The spectral reconstruction is conducted with a source with central wave number of 6,451 cm-1 and spectral width of 337 cm-1. In a conventional Fourier-transform method the best spectral resolution is 27 cm-1, but by means of the spectral reconstruction method the spectral resolution improved to 8.7 cm-1, without changing the interferometric structure. Compared to a conventional Fourier-transform method, the spectral width in the reconstructed spectrum is narrower by 20 cm-1, and closer to the reference spectrum. The proposed method allows high performance for static modulated Fourier-transform spectrometers.
A high-resolution camera is a precise optical system. Its vibrations during transportation and launch, together with changes in temperature and gravity field in orbit, lead to different degrees of defocus of the camera. Thermal refocusing is one of the solutions to the problems related to in-orbit defocusing, but there are few relevant thermal refocusing mathematical models for systematic analysis and research. Therefore, to further research thermal refocusing systems by using the development of a high-resolution micro-nano satellite (CX6-02) super-resolution camera as an example, we established a thermal refocusing mathematical model based on the thermal elasticity theory on the basis of the secondary mirror position. The detailed design of the thermal refocusing system was carried out under the guidance of the mathematical model. Through optical-mechanical-thermal integration analysis and Zernike polynomial calculation, we found that the data error obtained was about 1%, and deformation in the secondary mirror surface conformed to the optical index, indicating the accuracy and reliability of the thermal refocusing mathematical model. In the final ground test, the thermal vacuum experimental verification data and in-orbit imaging results showed that the thermal refocusing system is consistent with the experimental data, and the performance is stable, which provides theoretical and technical support for the future development of a thermal refocusing space camera.
Jun Ho Lee;Seok Gi Han;Do Hee Kim;Seokyoung Ju;Tae Kyung Lee;Chang Hoon Song;Myoungjoo Kang;Seonghui Kim;Seohyun Seong
Current Optics and Photonics
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v.7
no.5
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pp.545-556
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2023
This paper introduces volume-sharing multi-aperture imaging (VMAI), a potential approach proposed for volume reduction in space-borne imagers, with the aim of achieving high-resolution ground spatial imagery using deep learning methods, with reduced volume compared to conventional approaches. As an intermediate step in the VMAI payload development, we present a phase-1 design targeting a 1-meter ground sampling distance (GSD) at 500 km altitude. Although its optical imaging capability does not surpass conventional approaches, it remains attractive for specific applications on small satellite platforms, particularly surveillance missions. The design integrates one wide-field and three narrow-field cameras with volume sharing and no optical interference. Capturing independent images from the four cameras, the payload emulates a large circular aperture to address diffraction and synthesizes high-resolution images using deep learning. Computational simulations validated the VMAI approach, while addressing challenges like lower signal-to-noise (SNR) values resulting from aperture segmentation. Future work will focus on further reducing the volume and refining SNR management.
A compact imaging spectrometer (COMIS) was developed for a microsatellite STSAT-3. The satellite is now rescheduled to be launched into a low sun-synchronous Earth orbit (~700 km) by the end of 2012. Its main operational goal is the imaging of the Earth's surface and atmosphere with ground sampling distance of 27 m and 2 - 15 nm spectral resolution over visible and near infrared spectrum (0.4 - 1.05 ${\mu}m$). A flight model of COMIS was developed following an engineering model that had successfully demonstrated hyperspectral imaging capability and structural rigidity. In this paper we report the environmental test results of the flight model. The mechanical stiffness of the model was confirmed by a small shift of the natural frequency i.e., < 1% over 10 gRMS random vibration test. Electrical functions of the model were also tested without showing any anomalies during and after vacuum thermal cycling test with < $10^{-5}$ torr and $-30^{\circ}C\;-\;35^{\circ}C$. The imaging capability of the model, represented by a modulation transfer function (MTF) value at the Nyquist frequency, was also kept unvaried after all those environmental tests.
KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) has developed an SLR (Satellite Laser Ranging) system since 2008. The name of the development program is ARGO (Accurate Ranging system for Geodetic Observation). ARGO has a wide range of applications in the satellite precise orbit determination and space geodesy research using SLR with mm-level accuracy. ARGO-M (Mobile, bistatic 10 cm transmitting/40 cm receiving telescopes) and ARGO-F (Fixed stationary, about 1 m transmitting/receiving integrated telescope) SLR systems development will be completed by 2014. In 2011, ARGO-M system integration was completed. At present ARGO-M is in the course of system calibration, functionality, and performance tests. It consists of six subsystems, OPS (Optics System), TMS (Tracking Mount System), OES (Opto-Electronic System), CDS (Container-Dome System), LAS (Laser System) and AOS (ARGO Operation System). In this paper, ARGO-M system structure and integration status are introduced and described.
KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) is developing a compact wide-field survey space telescope system, MIRIS (The Multi-purpose IR Imaging System) to be launched in 2010 as the main payload of the Korea Science and Technology Satellite 3. Through recent System Design Review (SDR) and Preliminary Design Review (PDR), most of the system design concept was reviewed and confirmed. The near IR imaging system adopted short F/2 optics for wide field low resolution observation at wavelength band 0.9~2.0 um minimizing the effect of attitude control system. The mechanical system is composed of a cover, baffle, optics, and detector system using a $256\times256$ Teledyne PICNIC FPA providing a $3.67\times3.67$ degree field of view with a pixel scale of 51.6 arcsec. We designed a support system to minimize heat transfer with Muti-Layer Insulation. The electronics of the MIRIS system is composed of 7 boards including DSP, control, SCIF. Particular attention is being paid to develop mission operation scenario for space observation to minimize IR background radiation from the Earth and Sun. The scientific purpose of MIRIS is to survey the Galactic plane in the emission line of Pa$\alpha$ ($1.88{\mu}m$) and to detect the cosmic infrared background (CIB) radiation. The CIB is being suspected to be originated from the first generation stars of the Universe and we will test this hypothesis by comparing the fluctuations in I (0.9~1.2 um) and H (1.2~2.0 um) bands to search the red shifted Lyman cutoff signature.
The purpose of thesis is to analyze the radiation characteristics of an offset gregorian antenna in order to design the satellite-loaded antenna. In order to compute the radiation pattern of the sub-reflector, the reflected wave is obtained by GO(Geometric Optics) at an arbitrary shaped sub-reflector. Then the total radiation EM wave is obtained by summing the diffracted fields obtained by UTD(Uniform Geometrical Theory of Diffraction) and the GO fields. In order to calculate the far field radiation pattern of the main reflector, the radiation integral equation is derived from the induced current density on reflector surface using PO(Physical Optics). The kernel is expanded in terms of Jacobi-Bessel series for increasing the computational efficiency, then the modified radiation integral is represented as the double integral equation independent of observation points. When the incident fields are assumed to be x-or y-polarized field, the characteristics of radiation patterns in the gregorian antenna is analyzed in case of the main reflector having the focal length of 62.4$\lambda$, diameter of 100$\lambda$, and offset height of 75$\lambda$, and the sub-reflector having the eccentricity of 0.501, the inter focal length og 32.8$\lambda$, the horn axis angle of $9^{\circ}$ and the half aperture angle of $15.89^{\circ}$. The cross-polarized level and side lobe level in the offset geogorian reflector are reduced by 30dB and 10dB, respectively, in comparison with those of the offset parabolic antenna.
The impacts of ice clouds on the energy budget of the Earth and their representation in climate models have been identified as important and unsolved problems. Ice clouds consist almost exclusively of non-spherical ice crystals with various shapes and sizes. To determine the influences of ice clouds on solar and infrared radiation as required for remote sensing retrievals and numerical models, knowledge of scattering and microphysical properties of ice crystals is required. A conventional method for representing the radiative properties of ice clouds in satellite retrieval algorithms and numerical models is to combine measured microphysical properties of ice crystals from field campaigns and pre-calculated single-scattering libraries of different shapes and sizes of ice crystals, which depend heavily on microphysical and scattering properties of ice crystals. However, large discrepancies between theoretical calculations and observations of the radiative properties of ice clouds have been reported. Electron microscopy images of ice crystals grown in laboratories and captured by balloons show varying degrees of complex morphologies in sub-micron (e.g., surface roughness) and super-micron (e.g., inhomogeneous internal and external structures) scales that may cause these discrepancies. In this study, the current idealized models representing morphologies of ice crystals and the corresponding numerical methods (e.g., geometric optics, discrete dipole approximation, T-matrix, etc.) to calculate the single-scattering properties of ice crystals are reviewed. Current problems and difficulties in the calculations of the single-scattering properties of atmospheric ice crystals are addressed in terms of cloud microphysics. Future directions to develop physically consistent ice-crystal models are also discussed.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.5
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pp.391-399
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2020
KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) has been developing the multipurpose laser tracking system with three functions of satellite laser tracking, adaptive optics and space debris laser tracking for scientific research and national space missions. The space debris laser tracking system provides the distance to space debris without a laser retro-reflector array by using a high power pulse laser, which employs a spinning disk to change the optical path between the transmit and receive beams. The spinning disk causes the collision band which is unable to reflect the returned signal to a detector and then has an effect on the tracking coverage of space debris. This study proposed the mathematical model for tracking coverage by taking into account the various specifications of spinning disk such as disk size, spinning velocity and collision rate between the disk and hole. In addition, the spinning disk specifications were analyzed in terms of tracking coverage and collision band based on the mathematical model to investigate tracking requirements of the Geochang laser tracking system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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