哈特曼波前探测及波前校正的仿真与误差分析

报道了以３７单元自适应光学系统为原型的波前校正计算机仿真模型，讨论了系统波前哈特曼探测误差，拟合误差以及变形镜波前复原误差，提出了自适应光学系统在校正大气湍流引直怕波前位相畸变时存在最佳有效孔径的设想。     

光子计数剪切干涉仪波前探测自适应光学系统噪声分析

在自适应光学系统中，波前探测器的噪声是主要误差源。针对我们建立的２．１６ｍ望远镜红外自适应光学系统，从伺服控制系统的角度分析了光子计数噪声及其在系统闭环过程中的传递，从理论上推导了系统的噪声功率谱、伺服传递函数以及开环和闭环噪声公式。另外，还给出了在系统中实测的开环和闭环噪声     

光子计数剪切干涉仪波前探测自响应光学系统噪声分析

在自适应光学系统中，波前探测器的噪声是主要误差源。针对我们建立的２．１６ｍ望远镜红外自适应光学系统，从伺服控制系统的角度分析了光子计数噪声及其在系统闭环过程中的传递，从理论上推导了系统的噪声功率谱、伺服传递函数以及开环和闭环噪声公式。另外，还给出了在系统中实测的开环和闭环噪声。     

利用复原电压预测大气湍流畸变波前方法

 在校正大气湍流畸变信号的自适应光学系统中，基于大气开环数据，对采用最小递归二乘RLS算法预测复原电压以减小自适应光学系统中的时间伺服延迟进行了仿真研究。并与未采用预测时的误差进行了比较，对比结果表明：采用RLS算法后，可以有效的降低系统由伺服延迟引起的误差。     

直接斜率法波前拟合和复原误差的仿真分析

报道了利用数值仿真方法对自适应光学系统补偿激光传输湍流效应中的波前拟合和复原误差的计算分析。计算结果表明，在利用波前斜率进行波前复原的实际自适应光学系统中，波前复原误差是利用波前最小方差法计算的波前拟合误差的１．２４倍。     

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。     

应用闭环残余倾斜数据分析自适应光学系统精跟踪回路性能

在自适应光学系统中,目标跟踪误差主要由未完全补偿的大气湍流扰动和望远镜抖动引起的跟踪误差以及系统的倾斜噪声误差两部分组成。提出一种用闭环残余倾斜数据计算倾斜噪声误差、大气湍流扰动和望远镜抖动引起的跟踪误差以及系统跟踪残余误差的新方法,并用此方法分析61单元自适应光学系统中精跟踪回路的性能。     

自适应光学中的控制算法设计与仿真

对自适应光学系统中的控制算法设计进行了整体研究。首先对自适应光学系统各模块的物理特性进行了分析,并在此基础上建立了系统整体的数学模型。针对传统处理含有纯滞后环节系统近似方法的不足,文章采用直接求解系统传递函数幅频和相频解析函数的方法来对系统特性进行分析,通过比较系统的开环特性、闭环特性、误差和噪声传递特性等对三种控制方法（积分控制、PI控制和Smith控制）的控制品质进行了分析。分析和仿真结果表明,Smith控制方法对自适应光学系统能够达到较好的控制效果,为实际系统的设计提供了理论指导。     

自适应光学系统波前校正残余误差的功率谱分析方法

采用比较自适应光学系统闭环校正前后时间功率谱人方法,对自适应光学系统的波前校正残余误差进行了分析。在注意噪块时,实测的闭环波前复原相位误差与「实际波前校正残余误差是有区别的,分析了两者功率谱的差别之后,提出了一种估计实际波前校正残余误差的方法,应用这种方法对１．２米望远镜高分辨力自适应光学系统所采集的复原相位数据方差和波前校正残余误差进行了对比。     

低阶模式校正自适应光学系统的非等晕限制

分析了非科尔莫戈罗夫湍流情况下,自适应光学系统低阶模式校正时的非等晕误差、泽尼克系数角相关函数、残余相位结构函数以及长曝光光学传递函数,并定义了一个新变量－－模式校正因子,用来有效评价目标非等晕误差对低阶模式校正自适应光学系统补偿效果的影响。此外还给出了光波水平大气传输时模式校正因子以及低阶模式校正系统长曝光光学传递函数的数值计算结果。     

Performance simulation of an adaptive optics system with liquid crystal corrector under closed-loop and open-loop control

The adaptive optics system (AOS) often operates in a discrete sampling process with finite closed-loop frequency. Reconstruction, detection, and time lag induced errors are the main correction errors of the system. An AOS that is based on a liquid crystal (LC) benefits from the LC’s high correction precision, thus the reconstruction error can be ignored. The primary error will be induced by the time lag from the time of detection to the time of compensation. In this paper, some theoretical simulations are introduced in order to evaluate the correction precision of AOS with an LC corrector. The main purpose is to compare the correction precision between the open-loop and closed-loop control. We attempt to find a method to ascertain the exact precision of the open-loop control and show whether it improves the correction precision. The conclusion is thus reached that the actual error rejection bandwidth for the closed-loop was lower than the −3 dB error rejection bandwidth measured in practice. The increased refresh frequency of the open-loop control can improve the imaging performance to nearly −3 dB bandwidth of the detector measured, which is the maximum possible bandwidth due to the time lag.     

开环双脉冲液晶自适应光学视网膜成像系统

为了获得高分辨率视网膜图像,利用液晶空间光调制器作为波前校正器建立了一套开环液晶自适应光学视网膜成像系统。与闭环模式相比,采用开环模式后,系统的能量利用率提高了1倍。系统采用双脉冲照明方式,以减少人眼曝光量,保护人眼安全。在照明光学系统中加入了大小视场切换装置使成像视场由之前的0.8°增至1.7°。同时优化了系统的时序控制流程,对人眼像差连续校正的同时快速调节成像相机的前后位置至最佳像面。对于开环模式对动态人眼像差的校正精度进行了测量,实验测得,经开环校正后,残差波面的均方根值约为0.09λ;相应的斯特雷尔(Strehl)比高于0.70,系统分辨率接近光学衍射极限的分辨率。对两名志愿者进行了实验,获得了清晰的眼底视网膜细胞图像。     

Use of a microelectromechanical mirror for adaptive optics in the human eye

Ophthalmic instrumentation equipped with adaptive optics offers the possibility of rapid and automated correction of the eye's optics for improving vision and for improving images of the retina. One factor that limits the widespread implementation of adaptive optics is the cost of the wave-front corrector, such as a deformable mirror. In addition, the large apertures of these elements require high pupil magnification, and hence the systems tend to be physically large. We present what are believed to be the first closed-loop results when a compact, low-cost, surface micromachined, microelectromechanical mirror is used in a vision adaptive-optics system. The correction performance of the mirror is shown to be comparable to that of a Xinetics mirror for a 4.6-mm pupil size. Furthermore, for a pupil diameter of 6.0-mm, the residual rms error is reduced from 0.36 to 0.12 microm and individual photoreceptors are resolved at a pupil eccentricity of 1 degrees from the fovea.     

Wave-front correction of high-intensity fs laser beams by using closed-loop adaptive optics system

We developed an adaptive optics system to correct the wave-front distortion of an intense fs laser beam from our multi-TW laser system, Jiguang II. In this paper, the instruments of the adaptive optical system are described and the experimental results of the closed-loop wave-front correction are presented. A distorted laser wave-front of 20 wavelengths of P-V values was corrected to 0.15 wavelength of P-V values. The beam quality of the laser system varies from 3.5 diffraction limit to 1.5 diffraction limit.     

哈特曼-夏克波前传感器子孔径合并的理论研究

在大气湍流条件较好而被探测信标光信号极弱的工作条件下,自适应光学系统在实际的应用中需要采用子孔径合并的部分校正方式。本文针对云南天文台1.2m高分辨率自适应光学系统中的哈特曼－夏克（Hartmann-Shack ）波前传感器结构,从光子起伏噪声和CCD像素读出噪声对子孔径内哈特曼光斑质心探测精度的影响的角度,对子也径软件合并和硬件合并两种方案进行了理论分析和计算,导出了有实际应用意义的结论。     

平行光管气流扰动的液晶自适应光学校正

利用液晶自适应光学技术,建立了一套验证系统.使用哈特曼传感器为波前探测器件,反射式的LCOS液晶器件为波前校正器件,以闭环控制校正方式工作.初步实现了波前PV值从1.02λ下降到0.37λ（λ＝633 nm）的校正准确度,成像质量明显提高.系统的调制传递函数由校正前的不到10 lp/mm提高到了校正后的超过50 lp/mm.     

Performance of software-based solar adaptive optics system

This paper reports the performance of our modified adaptive optics system for solar observations. This system operates at a frame rate of about 400 Hz and has the closed-loop cutoff frequency at 105 Hz. The results of the laboratory experiments show that this system compensates for a temporal wavefront-variation of less than 99 Hz and improves the Strehl ratio by a factor of five.     

微机械薄膜变形镜自适应光学系统实验研究

为求出自适应光学系统的最优校正电压, 提出了一种基于改进奇异值分解的闭环迭代控制算法。该算法可通过调节控制参量g1,g2和w,优化模式的收敛速度, 使控制信号快速收敛到一个可靠的局部最优解。搭建基于微机械薄膜变形镜(MMDM)的自适应光学系统, 测量光学影响函数并验证单个电极电压和镜面变形之间的准平方线性关系, 以及各个驱动器电极响应之间的线性叠加性。分别采用模拟眼和人眼出射波前作为原始波前进行实验。实验结果表明, 改进算法能快速有效地对静态或动态畸变波前进行校正, 为基于MMDM的自适应光学系统提供了算法支持。