环形激光光束的波前复原算法比较

 针对环形激光光束净化自适应光学系统中的波前传感器子孔径与变形反射镜驱动器布局，仿真比较了直接斜率法、区域法的Fried模式和Southwell模式三种波前复原算法, 其中, 直接斜率法的波前校正能力及稳定性均为最好。     

热晕效应模式法自适应光学校正的数值模拟

改进了泽尼克模式波前重构数值模拟方法,避免了传统方法中大量的面积分运算,对准直光束瞬态热晕效应模式法自适应光学校正进行了数值模拟研究。数值模拟结果表明,由于模式混淆误差的影响,使泽尼克重构模式阶数的选择受限,即存在一个最大的重构模式阶数,大于该模式阶数会导致校正效果迅速变差,且最大模式阶数的大小与热晕强度无关。对于子孔径分布为8×8的69单元自适应光学系统,最大模式阶数为37阶;同直接斜率法相比,泽尼克模式法可以通过重构模式选择,提高自适应光学系统对热晕校正的稳定性,抑制热晕补偿不稳定性的发生。     

Hartmann-Shack传感器组装误差分析

 分析了Hartmann-Shack传感器组装误差的种类，导出了旋转误差和倾斜误差的校正矩阵，在进行波前重构时乘以校正矩阵可以校正对应的组装误差。分析了两种由于组装误差导致的波前重构的相对误差的公式，并以含52个子孔径的圆形Hartmann-Shack传感器为例进行了数值模拟。研究结果表明：若不对两种组装误差进行校正，将会限制Hartmann-Shack传感器测量精度的进一步提高。为Hartmann-Shack传感器的装配提供了理论依据。     

直接斜率波前控制算法的模式校正效果分析

建立了采用直接斜率波前控制算法的自适应光学系统中各阶泽尼克模式间的动态关系,通过对比系统对大气湍流畸变波前各阶泽尼克模式的功率谱抑制函数,揭示了采用直接斜率波前控制算法的自适应光学系统中各阶模式校正效果间的差异,并初步分析了造成这种差异的原因。用在61单元自适应光学系统上取得的实验结果验证了理论分析结果。     

基于变形镜本征模式法校正大气热晕的数值模拟

由于相位补偿不稳定性的存在,大气热晕效应的相位校正一直是研究人员十分关心的问题。对变形镜驱动器影响函数耦合矩阵进行正交化获得了按照空间频率划分的变形镜本征模式,建立了采用变形镜本征模式进行波前重构的数值模型,对基于该波前重构方法的自适应光学系统校正大气热晕进行了数值模拟。数值模拟结果表明,与直接斜率法相比,变形镜本征模式法可以通过本征模式的选择,改变校正相位的空间频率成分,消除空间高频成分对热晕校正的影响,从而抑制相位补偿不稳定性的发生,提高自适应光学系统闭环控制的稳定性和对大气热晕的校正效果。     

用于Hartmann-Shack波前探测器的区域法算法研究

 Hartmann-Shack波前探测器是一种成熟的波前探测技术。在区域法波前重构迭代公式的基础上,超松弛迭代因子及迭代精度的合理取值;分析比较了Fried和Southwell两种模式, 认为Fried模式更适合于波前重构。     

自适应光学系统的数值模拟：噪音和探测误差的效应

噪音和探测误差是影响自适应光学系统性能的三个主要因素之一。噪音和探测误差使哈特曼－夏克（Hartmann-Shack)波前传感器所测得的华斜量产生误差,进而影响整个自适应光学系统的性能,建立了对噪声和探测误差对哈特曼－夏克波前传感器的影响进行数值模拟的理论模型,编制了计算程序,与已有的激光大气传输与自适应光学系统的计算程序相衔接,进行了模拟计算,对有限的离散采样,读出噪音和光子噪音的效应作了数值模拟研究,获得了一些对于实际的自适应光学系统的最佳设计有价值的结果。     

信标及波前探测模式对自适应光学系统控制性能的影响

自适应光学系统需要信标光来探测波前信息,不同的信标及波前探测模式对系统的带宽和稳定性等性能指标有较大影响。研究系统的性能对合理设计与评价自适应光学系统具有重要意义。根据系统工作时序以及信标光波特性和波前传感器的曝光读出方式,通过机理分析方法建立了自适应光学系统的传递函数模型。推导了系统有效带宽以及相位裕量的计算公式。研究了系统采样频率与控制器参数对系统性能的影响。结果表明,信标与波前探测模式的不同造成系统时间延迟的不同,从而使得系统带宽和稳定性存在差异。     

《光学学报》2003年23卷学科分类索引

文　　　　　题期数起始页自适应光学激光导引星大气湍流波前非等晕性误差的像差模式分解 3 3 4 8两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 6750自适应光学系统的最优斜率复原算法 6756强湍流效应下不同信标波长的自适应光学校正 12 14 89GaN薄膜的蓝光和红光发射机理研究 12 14 93应用光学液晶实时掩膜技术制作连续微光学元件 2 2 2 0结构光焊缝检测传感器设计理论的研究 2 2 2 5激光输入光纤环形腔内相位调制输出功率谱分析 2 2 3 1折 /衍混合单透镜在目镜中的应用研究 2 2 3 6快速傅里叶算法在哈特曼夏克传感器波前重构…     

基于衍射光栅曲率波前传感器的实时波前重构研究

自适应光学系统要求波前传感器能实现动态实时测量,曲率波前传感技术符合这一发展要求。一种新型的基于扭曲衍射光栅的曲率波前传感器在探测装置的实现方法方面具有较大优势,其波前重构已应用于光学度量。根据衍射光学理论,对其探测信号进行数值模拟,并利用Neumann边界条件的Green函数法对其波前重构进行数值模拟。结果表明：Green函数法归结为2矩阵相乘,计算速度快,达到实时重构要求; Green函数法对阶数不高的Zernike多项式重构效果较好;影响重构误差的主要因素是光强梯度的边界噪声。     

自适应光学系统的实时模式复原算法

 分析了自适应光学系统中实时模式复原算法的基本原理，建立了一种新型的传感器本征模复原算法。与常用的直接斜率法相比，这种模式复原算法可以有效减小探测噪声对复原计算过程的影响，提高系统的闭环稳定性和校正效果。在61单元自适应光学系统上实现了这种模式复原算法，并在实际大气湍流中对传感器本征模复原算法和直接斜率法进行了实验对比研究。     

Hartmann－Shack传感器结构参量的自基准标定

提出一种标定Hartmann Shack波前传感器结构参量的新方法,通过基于Zernike多项式的模式复原算法推导出公式,结合实验手段获得相应数据,处理后得到微透镜阵列到CCD之间的距离.该方法有效改善了以微透镜焦距代替实际参量计算斜率引入较大误差的状况,在降低传感器装配准确度要求的同时,提高了Hartmann Shack波前传感器的探测准确度.经实验验证该方法在一般实验条件下即可获得满意效果.     

基于成像清晰度函数的非球面反射镜位置校正实验研究

在具有双曲面、抛物面或椭圆面反射镜的成像光学系统中,反射镜的位置误差通常具有对成像质量影响灵敏的特点.因此,在该类光学系统装调或工作过程中反射镜位置存在误差时需要对该反射镜进行精确调整.目前,反射镜位置校正的方法多基于对系统波前误差的测量,从而判断其位置误差.然而在系统工作过程中可能无法进行光学系统的波前测量,或者需要复杂的光学系统才能实现波前误差的测量.本文以焦平面图像清晰度作为评价函数,采用随机并行梯度下降算法对反射镜位置进行调整,使系统成像质量达到最佳.针对迭代过程中反射镜位置发生变化时图像偏离探测器靶面而无法探测的问题,本文采用了一种反射镜垂直光轴平移和旋转相结合的调整方法.在保证图像位置不变化的条件下对系统像差进行校正.室内实验验证了该方法具有可行性,校正后的成像质量达到衍射极限.     

红外自适应系统中双波段望远镜与红外物镜设计

大孔径红外光学系统往往易受自重和环境温度影响造成像质恶化,引入自适应光学技术的红外自适应系统能够很好地解决该问题,为此设计了一个用于Hartmann-Shack波前检测的红外自适应光学系统。重点设计了10×可见光与中波红外双波段望远镜,物镜为卡赛格林反射物镜组,无需消色差,在可见光与中波红外2个波段实现了消色差目镜设计;还设计了红外成像中继光学系统,可实现100%冷光阑效率,并补偿望远镜在中波红外波段的残余像差,使最终设计的光学系统MTF接近衍射极限,达到了0.5以上,满足设计指标要求。     

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.     

Effects of interactions among wave aberrations on optical image quality after refractive surgery

Research on wave aberrations indicates that interactions and balances among aberrations can provide better visual quality for normal eyes. In this paper, we investigate the aberration compensatory mechanism for eyes after LASIK surgery. Data of Zernike coefficients of wave-front aberrations are collected from 60 post-operative eyes through a Hartmann-Shack wave-front sensor, and then a series of Monte Carlo simulations are performed by manipulating the value of each Zernike coefficient (second order through seventh order). The modulation transfer function (MTF) ratio as a function of spatial frequency is used to evaluate the aberrations’ characteristic of independence. Finally, in a control condition, “synthetic” model eyes are produced through Monte Carlo arithmetic and the aberration independence of the synthetic eyes is analyzed. The results suggest that, for 6 and 3 mm pupil size, aberrations of the eyes after LASIK surgery are still not independent and the adaptive mechanism still exists. However, the adaptive mechanism does not hold for the “synthetic” eyes.     

自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法仿真与分析

随机并行梯度下降算法能不依赖波前传感器直接对系统性能进行优化。以32单元变形镜为校正器,采用随机并行梯度下降算法建立了自适应光学系统仿真模型。通过分析该系统对静态波前畸变的校正能力,验证了随机并行梯度下降算法的收敛性;讨论了算法增益系数、随机扰动幅度与收敛速度的关系,并指出通过算法增益系数的自适应调整可以改进算法的收敛速度。     

自适应光学系统模式控制动态优化方法

像差校正模式项数是自适应光学系统模式控制算法中的一个重要参数,其大小对补偿效果影响明显。通过对系统响应函数矩阵的奇异值分解构建像差模式空间,以不同控制项数下残余像差的均方根估计为依据确定每次校正的模式项数,提出了一种模式项数动态优化的控制方法。以Hartmann-Shack波前传感器和薄膜变形镜为主要部件搭建自适应光学实验系统,通过拟合不同像差验证上述控制方法,实验结果表明,和固定项模式控制方法比较,动态优化方法校正的系统残余像差更低,可明显提高自适应光学系统的空间拟合性能。     

Aberro-polariscope for the human eye

We have developed an aberro-polariscope that simultaneously measures spatially resolved polarization properties and wave-front aberration in a living human eye. The setup consists of an infrared Hartmann-Shack sensor that incorporates a polariscope. A series of four Hartmann-Shack images corresponding to independent polarization states were recorded. The corresponding wave-front aberration was computed from each image. Moreover, from each set of four images spatially resolved (over the pupil plane) parameters of polarization were also determined. This instrument allows useful information on both the optical and the biomechanical properties of the eye to be obtained.