两种自适应光学系统中哈特曼波前传感器与变形镜的对准误差

利用直接波前斜率法和变形镜的电压一面形响应特性，研究了常规自适应光学系统和共光路／共模块(CP／CM)自适应光学系统中哈特曼波前传感器与变形镜的对准误差。常规自适应光学系统中，可以用重新测量变形镜的影响函数以减小对准误差的影响，虽并不能消除其影响，但系统都会有很大的调整容差；共光路／共模块自适应光学系统中采用不同的双哈特曼数据处理方法，哈特曼波前传感器与变形镜的对准精度对系统校正能力影响是不同的，采用加修正因子斜率融合法和电压融合法由于在数据融合时考虑了两台哈特曼传感器与变形镜对准的差异，所以对准误差的影响与在常规自适应光学中相同，系统都会有很大的调整容差，而采用直接斜率融合法的共光路／共模块系统由于是建立在两台哈特曼传感器完全一致的假设基础上，所以对对准精度的要求是很高的。分析过程中给出了相应的数值计算结果。     

基于槽形函数拟合的刻划光栅衍射特性分析方法

作为对光栅刻划工艺的理论指导，提出了一种基于槽形函数拟合的机械刻划光栅衍射特性分析方法，解决了高刻线密度光栅衍射效率测量值与理论值偏差较大的问题.以刻线密度为1200l/mm的紫外光栅为例，对光栅主截面上的实际槽形纵横坐标扫描取值，进而拟合出槽形函数，经理论计算找到了导致衍射效率偏低的原因，并通过改进工艺，使光栅衍射效率提高了约20%. 关键词： 刻划光栅 槽形函数拟合 衍射特性 分析方法     

基于变形镜本征模式的空间光学遥感器波前误差校正方法研究

提出采用基于变形镜(DM)本征模式的自适应光学波前误差校正方法校正高分辨率空间光学遥感器的在轨波前误差。该方法利用变形镜各致动器的影响函数得到一组符合导数正交关系的变形镜本征模式,以图像功率谱密度在低频区域的积分和为评价函数,根据本征模式系数与评价函数之间的关系直接求解出各阶模式所需的校正量。利用实测的37单元变形镜的影响函数得到变形镜本征模式,基于该模式对泽尼克像差进行了开环和闭环仿真校正,定量分析了相位偏置和图像频率范围对算法精度的影响。针对遥感器主镜镜面热变形误差给出了仿真校正结果,分析了图像噪声和不同遥感图像对算法校正精度的影响。仿真结果表明基于变形镜本征模式的自适应光学校正方法可以有效校正波前误差,算法收敛速度快,对图像噪声和内容不敏感,适合用于空间光学遥感器的波前误差校正。     

量子点单光子源的光纤耦合

半导体量子点在低温下产生谱线细锐的激子发光可制备单光子源.光纤耦合可避免低温共聚焦装置扫描定位和振动影响,是实现单光子源即插即用和组件化的关键技术.在耦合工艺上,基于微区定位标记发展出拉锥光纤与光子晶体腔或波导侧向耦合、大数值孔径锥形端面光纤与量子点样片垂直耦合等技术;然而,上述工艺需要多维度精密调节以避免柔软光纤的畸形弯曲实现对准和高效耦合.陶瓷插针或石英V槽封装的光纤无弯曲且具有大平滑端面,只要与单量子点样片对准贴合就可保证垂直收光, V槽封装的排式光纤还可通过盲对粘合避免扫描对准,耦合简单.本文在前期排式光纤粘合少对数分布Bragg反射镜(distributed Bragg reflector, DBR)微柱样片实现单光子输出基础上,经理论模拟采用多对数DBR腔提升样片垂直出光和光纤收光效率,使光纤输出单光子计数率大大提升.     

紫外刻划光栅母版及二代版衍射特性的模拟与分析

运用微分理论对刻线密度为1200 lp/mm的紫外刻划光栅母版及其二代复制版的衍射特性做了模拟,指出了二者之间存在的差异,并与测试结果做了对照。数值模拟表明,紫外刻划光栅二代复制版的衍射特性与其母版略有不同,原因是光栅槽形发生了改变,分别给出了采用多项式拟合槽形函数和傅里叶级数拟合槽形函数的方法。此理论分析方法为澄清光栅复制工艺中的争议完善翻版技术以及寻找提高紫外光栅衍射效率的途径提供了很好的理论参考依据。     

相位光栅非对称性对位置测量精度的影响

在相位光栅位置测量系统中,加工、后处理等工艺会导致光栅结构发生非对称性变形,增加了位置测量误差.因此,建立了非对称性光栅的衍射场理论模型,分析了光栅非对称性对位置测量精度的影响,并根据不同衍射级次对非对称性敏感度的差异提出了一种多衍射级次权重优化方法,以修正光栅非对称性变形引入的测量误差.实验结果表明,当光栅中心槽深为入射波长的1/4时,顶部倾斜非对称性和底部倾斜非对称性对测量精度的影响可以忽略;当占空比为0.5时,侧壁非对称性对测量精度的影响可以忽略.非对称性引入的位置误差,经多衍射级次权重优化法修正后可控制在0.05 nm以内.     

数字水印的鲁棒性评测模型

数字水印的鲁棒性是水印技术实用化的一个重要指标.与通过StirMark测试和各种仿真测试不同,定义互信息作为代价函数,建立水印系统鲁棒性描述和度量的一般模型.以扩频水印和量化水印为范例,推导出评测鲁棒性的互信息度量计算模型,并仿真分析了高斯噪声和JPEG压缩条件下互信息函数对鲁棒性的评估结果.实验以统计误比特率的方法计算图像DCT域中低频系数为载体的扩频水印误码率和一段音频数据三级小波细节系数为载体的量化水印误码率.互信息函数和误码率之间的匹配关系验证了互信息度量模型的有效性,互信息函数可以作为代价函数预测误码率的变化趋势. 关键词： 数字水印 鲁棒性 互信息 误码率     

基于离散阵列光源的空间光学系统对准

为了解决基于波前或星点图对准大口径空间光学系统时计算量大、面形误差影响大等问题,提出了一种基于离散阵列光源对准空间光学系统的方法.给出了离散阵列光源的设计、检测和标定方法,并以此为基础设计了对准检测光路.以某在研RC望远镜为对象,用离散阵列光源产生参考光,设计了一个用于快速对准主次镜的检测光路.在光学系统设计参数已知的情况下,根据像平面上的点列图,建立了主次镜位置信息和点列图分布信息的函数关系.利用光学设计软件和数学计算工具建立仿真平台,并进行了主次镜的仿真验证.仿真结果表明,使用离散阵列光源可以有效减少计算量,降低面形误差和杂散光的影响,提高对准效率,并且具有较高的计算准确度.     

用数字干涉仪测量变形镜影响函数的实验研究

分析了变形反射镜面形影响函数的意义，鉴于自适应光学系统中波前探测大都以测量波前斜率为基础的特点，提出应研究斜率影响函数，并在此基础上构成波前复原矩阵。还介绍了用数字干涉仪测量变形镜影响函数的方法和结果，并对测量结果进行了分析，得到了影响函数的各种参数，例如：交连值，高斯指数，特征宽度等。并将干涉法测量斜率影响函数的结果与实际的哈特探测器的测试结果进行了比较。     

一种推扫型敏捷遥感卫星星上自动调焦技术

调焦评价函数的性能是影响推扫型遥感卫星星上自动调焦的重要因素。结合敏捷遥感卫星的成像特点和星上处理单元的计算特性,设计了一种敏捷遥感卫星自动调焦策略,提出了一种改进的灰度梯度函数以作为调焦评价函数。该方法在传统灰度梯度函数基础上,结合图像边缘信息与离焦状态的关系,将灰度标准差作为边缘阈值,提取了有效边缘信息并计算图像清晰度。研究结果表明,所提方法具备高灵敏度、强单峰性和良好的时效性,对调焦成像时的场景变化和噪声具有很高的鲁棒性,相比其他常用灰度域调焦评价函数具有明显优势。     

人眼自动对焦及瞳孔中心自动对准系统

针对现今非接触眼科测量仪器对焦对准速度慢、通用性差和操作复杂的问题,搭建了应用于眼科测量仪器的人眼自动对焦及瞳孔中心自动对准系统,并提出了基于四邻域-多方向两级梯度函数的自动对焦算法以及融合卷积神经网络智能感兴趣区域（ROI）窗口的瞳孔中心定位算法。通过实验实拍人眼离焦图像序列及人眼图像测试集,分别对提出的两个算法进行验证。结果显示：所提出的自动对焦算法的平均计算时间约为13 ms,清晰度比率为93.531,优于6种传统的评价算法;所提出的瞳孔中心定位算法的平均计算时间为10.2 ms,准确度为97.14%,相比Hough法、改进Hough法有较大的性能提升。实验结果证明所搭建的系统能够满足眼生物参数测量的准确性、实时性和鲁棒性要求,提升了仪器的自动化水平,有助于眼科测量仪器的智能化发展。     

光学镜面离子束加工去除函数工艺可控性分析

实验分析了离子束加工去除函数的工艺可控性问题并进行了初步修形实验。从工艺实现的角度分析光学镜面离子束加工技术对去除函数的要求,以去除函数环半峰全宽、体积去除率和峰值去除率为评价指标研究去除函数的长时稳定性、线性性、小扰动鲁棒性以及大参数调节变化等特征,以此分析结果为依据,对Φ100mm K4平面样件进行了修形,经过三次迭代面形RMS误差从0.149λ收敛到0.013λ。实验结果表明:离子束加工中的去除函数具有较长时稳定性,去除量对时间具有线性关系,对工艺参数小扰动的鲁棒性,可以通过调节离子源电源参数优化选取去除函数的宽度和幅值;利用离子束可以对镜面进行高效地修形。     

高频位相型曲面变形光栅的转移工艺研究

本文研究了在室温和８５℃温度环境下高频位相型曲面变形光栅的转移工艺。实验结果表明：通过这种方法可以复制出高质量的曲表面试件变形栅，并具有灵敏度高、条纹质量好、方法简便、可用于工业现场等优点。为云纹干涉法对曲面变形问题的研究提供了重要的手段。     

新型薄壁管耐撞性分析及优化设计

采用LS-DYNA仿真软件对新型薄壁管在轴向冲击荷载作用下进行了数值模拟,分析了上端薄壁圆管长度和波纹型诱导槽半径对其耐撞性及变形模式的影响,并与普通薄壁圆管进行比较。结果表明:当上端薄壁圆管长度及波纹形诱导槽半径设计合理时,新型薄壁管在压溃阶段的最大峰值压溃力、比吸能以及变形模式相比于普通薄壁圆管更优异。为了获得更好吸能效果的新型薄壁管,以其比吸能和最大峰值压溃力为优化指标,以上端薄壁圆管长度和波纹形诱导槽半径为动态变量,建立了新型薄壁管多目标优化方案。基于Kriging法构造了目标近似函数,同时结合NSGA-Ⅱ算法求解了多目标优化问题。     

提高离子束刻蚀亚微米光栅侧壁陡直度的方法

现代亚微米光栅的应用通常要求栅脊侧壁陡直。通过比较两种配备不同离子源的刻蚀机的反应离子束刻蚀结果,认为影响亚微米光栅侧壁陡直度的一个重要因素是离子束发散角(束散角),且小束散角有利于获得陡直的光栅侧壁。国内应用最广泛的双栅考夫曼刻蚀机束散角较大(大于13°),致使用常规方法获得的熔石英光栅的侧壁倾角仅为77°。针对此刻蚀机,尝试了三种提高侧壁陡直度的方法:旋转倾斜刻蚀法、交替倾斜刻蚀法和二次金属掩模法,分别把侧壁倾角提高到86°、86°和82°。最后从掩模侧壁收缩速率和槽底部与顶部离子通量的差异对束散角对侧壁陡直度的影响给予解释,并说明了上述三种方法的工作机理。     

焦距测量中线纹清晰度评价函数的研究

当自动对焦用于玻罗板线纹等方向性强的目标时，线纹方向的不确定性导致一些清晰度函数的鲁棒性降低甚至无法找到对焦位置。针对上述问题，通过Hough直线检测得到离焦线纹的角度，构建一种基于Hough变换的线纹清晰度评价函数，该函数的灰度算子垂直于线纹，对线纹方向变化具有较强的鲁棒性。为了比较线纹方向对清晰度函数性能的影响，对5组不同角度的线纹图像进行评价，得到清晰度曲线，并引入平缓区标准差等参数对曲线进行定量评定。实验结果表明，与传统的评价函数相比，基于Hough变换的评价函数的平缓区均值减小59.85%，标准差减小46.05%，对焦偏差减小92.63%，平均运行时间减少36.37%，镜头焦距的相对误差减小62.12%。     

基于Ansys的光学器件热变形仿真与分析

由于环境温度的作用,光学器件在应用环境中的热变形对光学仪器的整体性能产生重要影响,利用有限元分析系统对光学器件进行热变形分析,为器件设计提供科学依据和有效支持。提出基于Ansys的热变形仿真分析方法。该方法包括问题分析、Ansys热变形仿真和数据分析3个步骤,并对每一步内容作了详细阐述和说明。以某光学仪器的关键器件为分析对象,用该方法进行了热变形仿真,应用Matlab软件进行结果数据分析,得到了器件反射镜面在40℃和-10℃环境温度影响下产生的平行差分别为7.62412″和8.56317″。所得结果与实验结果基本一致,证实了该方法的有效性。     

聚合物绝缘子表面微结构构筑及闪络性能

对聚合物绝缘子表面微形貌的构筑方法及其对沿面闪络性能的影响进行了研究。首先以二氧化硅微球为模板，利用化学模板法在交联聚苯乙烯(CLPS)表面实现了μm级孔穴的构筑，研究了二氧化硅微球的颗粒直径及添加量对微孔参数的影响；其次，利用激光刻蚀的方法在有机玻璃(PMMA)绝缘子表面实现了百μm级三角形凹槽阵列的构筑，探索了激光工艺参数对微槽形貌和结构的影响。通过短脉冲高压测试平台对构筑了两种不同微形貌的绝缘子进行了真空沿面闪络性能测试。结果表明:沿面闪络电压均获得了显著提升，其中表面带有合适微槽的PMMA绝缘子的闪络电压相比于未处理的绝缘子提升了将近150%；与传统的表面机械加工处理方法相比，在聚合物表面实现了从μm到数百μm量级微结构的可控构筑，并使真空沿面闪络电压获得了稳定提升。     

提升小波加权自相关函数的基音检测算法*

随着计算机技术的发展,语音信号处理作为人机交互的重要渠道,其在复杂噪声环境下的特征值检测算法直接关系到计算机的运算效率。基音周期是语音特征值提取的重要参数之一。针对传统基音检测算法在噪声环境下检测精度低的问题,提出了一种基于自适应提升小波变换加权线性预测误差自相关函数的基音检测算法。该方法用多级提升小波近似系数加权求和的方法来弥补自相关函数随着时间延迟量的增加幅值衰减的缺陷;用线性预测误差自相关函数的方法来抑制共振峰的干扰,然后将两种方法结合来突出基音周期处的峰值。实验结果表明,与传统的自相关函数法和小波加权法相比,该方法能有效减弱共振峰的影响,突出基音周期处的峰值,提高基音周期检测精度,鲁棒性更好。     

基于像散分解的望远镜主次镜对准方法

主次镜的对准误差是影响望远镜成像质量的主要因素。为了提高望远镜主次镜的对准精度,提出了一种基于像散分解的对准误差计算方法。该方法利用出瞳波前误差的泽尼克多项式的像散项计算出两种对准误差单独作用时的像散项的大小。以口径为1200mm的同轴反射式(RC)望远镜为对象,仿真分析了像散分解算法的特性。当主次镜光轴不共面时,像散分解算法的计算误差随着主次镜光轴间的距离增大而增大。进而给出了基于像散分解的对准误差求解方法,并进行了仿真对准。仿真结果显示,当主次镜光轴的空间距离小于0.5mm和夹角误差小于0.1°时,基于像散分解的对准算法可以迅速将对准误差降到5μm和0.5″以内。仿真分析验证了基于像散分解的对准算法的可行性。