多层共轭自适应光学系统中等晕角的计算

介绍了多层共轭自适应光学(MCAO)系统的基本原理及其对提高自适应光学系统的等晕角的作用。介绍了用计算机模拟计算MCAO等晕角所用的数值方法,并给出了相应的算法。计算了在传统的自适应光学系统中的等晕角的大小以及采用多层共轭技术的自适应光学系统的等晕角的大小,并对二者进行了比较,说明了多层共轭自适应光学系统相对于传统的自适应光学系统在提高系统的等晕角方面的优越性。结果表明,在MCAO中,变形镜的个数越多其等晕角越大。     

单双层共轭系统的共轭高度对等晕角的影响

 简要介绍了传统自适应光学系统的局限性和多层共轭自适应光学基本原理。模拟了单双层共轭校正系统的共轭高度，并结合平程与垂程(HV模型)两种传输状态对系统等晕角增益作了进一步的分析。对单层共轭系统，在20 km的传输距离内，在平程中整个区域都属于等晕角放大区，共轭高度的最佳位置在传输距离的中间（约10 km处），等晕角取极大值，增益效果较好；但垂程中增益效果变差，且等晕角放大区也仅在3.6 km之内。对双层共轭系统来说，第1层共轭高度的变形镜主要对近距离畸变波前进行校正，并对整个传输距离的等晕角影响很大，是双层共轭系统的关键因素；第2层共轭高度对远距离等晕角影响较大。     

大气湍流的分层结构及自适应光学共轭校正

近期观察表明，在很多情况下，大气湍流主要集中在几个薄层中。将这些薄层用相位屏近似，由它们所引起的波前畸变可用分层共轭自适应光学系统进行补偿，从而使等晕角大大增加。本文对理论结果和实际的限制因素进行了较详细的讨论。     

大气湍流光学参数分析

利用两种不同大气湍流结构常数模型,讨论了不同高度的湍流对大气湍流光学参数的影响。通过理论计算得出:相干长度和对数振幅起伏方差主要由低层大气湍流决定,而等晕角、倾斜等晕角、格林伍德频率和泰勒频率由对流层顶附近的高层湍流决定。分析了垂直高度30 km以下的3部分大气湍流对等晕角的贡献比例,在给定的不同强度湍流下,对流层顶附近的高层大气湍流贡献比例都大于25％,而低层大气湍流的贡献比例都小于3%。     

高精度等晕角测量关键技术研究

等晕角是重要大气光学参数之一,对天文光学站址选择、大气湍流效应自适应光学校正效果评价等有着重要的意义。分析了国内外等晕角测量技术,介绍了等晕角测量的基本原理,设计了三环变迹镜并开展了数值验证,分析并提出了高精度等晕角测量仪的主要技术指标,研制了一套高精度等晕角测量仪,结果表明,该仪器能够满足全天时的等晕角测量。     

Isoplanicity for imaging through turbulent media

For optical imaging through turbulence, a measure which specifies how close a given imaging system is to be isoplanatic is defined. Its defendence on the spatial resolution, seeing angle, and turbulence structure is given. The result shows that for low resolution imaging, the isoplanatic condition is usually satisfied, while for diffraction-limited imaging, the isoplanatic condition does restrict the seeing angle to be small.     

高精度半导体激光打标机F-θ镜头设计

为保证半导体激光打标机F-θ镜头的扫描质量，实现系统像高与扫描角的线性变化，需对F-θ镜头给予一定的畸变量，并使其满足等晕条件。分析F-θ镜头工作原理及像差要求，根据1 064 nm半导体激光打标机的光源成像要求选择合适的玻璃材料，合理分配每片透镜的光焦度，以保证等晕成像；根据F-θ镜头线性成像要求，计算系统总畸变量为1.6%，系统总畸变量为系统的实际桶形畸变与相对畸变量之和；在光学系统优化设计时，引入这两项优化参数，优化过程中观察系统成像变化情况。设计结果表明:系统MTF曲线接近衍射极限，F-θ镜头相对畸变小于0.36%，各视场均方根半径均小于艾里斑直径，并且整个系统70%的能量集中在直径为16 μm的圆内，系统总畸变量为1.58%，满足设计指标要求。     

分层校正自适应光学等晕区计算

在回顾单层模型与多层模型的基础上,首次导出按适当准则分层的大气等晕角普适表达式,并将贝克先前的结果作为一种特例包括在内.     

激光导引星大气湍流波前非等晕性误差的像差模式分解

激光导引星概念解决了自适应光学技术的信标问题，同时带来了无法克服的非等晕性误差。将高度聚焦非等晕性误差和角度等晕性误差统一起来考虑，分析激光导引星的大气湍流波前各阶模式的非等晕性误差，并给出了解析模型。同时分析了瑞利导星和纳导星的大气湍流波前的模式非等晕性相对误差，在没有角度偏离的情况下，90km的钠导星的模式非等晕性误差明显小于15km的瑞利导星，但是它对角度的敏感程度却远远大于端利导星。采用激光导引星的自适应光学系统用于大气湍流的校正，选择较低阶的模式校正就可以达到较好的效果，而且即使目标与导引星的偏角大于等晕角，选择低阶模式也可以达到有效的部分校正效果。     

基于光学系统像面分割的图像恢复方法研究

实际光学系统的点扩散函数随视场的不同而变化,因此基于线性不变成像系统的图像恢复方法在处理由大视场系统得到的图像时,恢复效果不理想。若把成像系统作为线性空变系统来进行处理,根据等晕成像原理,如将降质图像分割为不同区域进行复原的话,则可以有效地提高图像的恢复效果。针对区域间边界不连续性的问题,提出了区域延拓的解决方法,通过数字仿真,验证了图像分割处理与区域延拓方法的可行性。     

Consumer holographic read-only memory reader with mastering and replication technology

What is believed to be a novel holographic design for read-only memory systems allows a compact low-cost consumer drive within a 10 mm drive height, using a lensless phase conjugate readout and a combination of polytopic and angle multiplexing. A two-step mastering method enables production of high-efficiency holographic masters, and fast replication is possible by using only a series of plane-wave illuminations. Mastering and replication techniques are verified experimentally with an array of 125 holograms with no measured bit errors.     

大口径干涉仪系统传递函数的修正和校准

 采用子孔径拼接法对传统系统传递函数校准方法进行修正。将大口径干涉仪视场分成若干个等晕区,采用标准台阶相位比较法分别测得每个等晕区的传递函数,然后将大口径干涉仪系统传递函数修正为每个等晕区传递函数的加权平均,其权重因子由对应等晕区内测试面的功率谱决定。实验结果表明:中心视场对应传递函数和修正后的系统传递函数在3 mm^-1附近处差值大于0.2;修正后的系统传递函数校准方法能更准确地得到波前功率谱密度。     

周视彩虹全息图中共轭像的抑制

本文从理论和实验两方面分析了共轭像的干扰问题,求得了共轭像强度对记录介质厚度及物光—参考光夹角的依赖关系,并对普通6μm干板给出了抑制共轭像的条件.     

猫眼逆反射器的设计与优化

按双半球结构设计了猫眼逆反射器，并指出当折射率n＝2时，猫眼可以设计成一个完整的球体。详细研究了猫眼逆反射器的各种因素对光路光程的影响，指出加工时必须要控制两半球的对心偏差（包括胶合厚度偏差）。对猫眼返回光束的发散角进行了研究，详尽讨论了返回光线的发散角与球半径、材料折射率以及入射高度的关系。以猫眼返回光束的发散角最小为优化目标进行了优化设计，并给出猫眼的最佳设计参量。     

晶轴与晶面成18°角的Ce:KNSBN晶体自泵浦位相共轭

分析了晶体的不同切割方式对形成自泵浦位相共轭输出的影响，报道了晶轴与晶面成１８°角的ＣｅＫＮＳＢＮ晶体自泵浦位相共轭输出特性，实验证实了共轭反射率与入射角和入射位置有关，并得到反射率为５７．１６％的共轭输出。共轭光的形成时间随入射光强的增大而缩短。     

KNSBN：Co晶体自泵浦位相共轭特性的研究

本文报道在两块不同尺寸的KNSBN:Co晶体中实现了自泵浦位相共轭输出,通过实验验证了位相共轭反射率与入射角、入射位置以及波长有关,并给出各自的实验曲线.保持激光器工作波长为514.5nm不变,在大块晶体中可得到高达73.0%的位相共轭反射率.文章还给出共轭光的形成时间随系统光强变化关系的实验曲线,并指出自泵浦形成时透射光强和晶体表面反射光强的时间变化特性,解释了自泵浦形成的阈值特性.     

Removal of residual images in parallel phase-shifting digital holography

Parallel phase-shifting digital holography (PPSDH) is a technique of single-shot phase-shifting digital holography. We found that there are two problems with this technique. (1) Some extraneous noises caused by the intensity unevenness of the reference wave become slightly superimposed on the object image. (2) The conjugate image cannot be completely removed. This is because the object wave causes the phase-shift error by illuminating an image sensor with a large incident angle. To solve these problems, we propose an algorithm for removing residual 0th-order diffraction and conjugate images in PPSDH. In the proposed algorithm, we modified phase-shifting interferometry in order to work through the unevenness of the intensity distribution and applied the Fourier transform technique to PPSDH to remove the residual conjugate image. The effectiveness of the proposed algorithm was experimentally verified.     

Optimizing magnetization orientation of permanent magnets for maximal gradient force

The force exercised on a permanent magnet (PM) in a nonuniform field (gradient force) is dependent on the magnetization orientation of the magnet. In this paper, it is shown theoretically that the gradient force is greatest when the magnetization through the magnet, or at least at its surface, is collinear with the external field. The formulae for calculating the force between an axis-symmetric optimal magnet and a coaxial axis-symmetric coil are presented. Using the finite element method (FEM), calculations of the magnetic field distribution of an optimal cylindrical magnet and some its approximations are performed. The forces between these magnets and a pancake coil are computed and compared. For a system consisting of a magnet with a height of 1 unit and a diameter of 2 units and magnetization invariant in field and an annular pancake coil with a diameter of 2.4 units, a thickness of 0.2 units, an inner diameter of 0.4 units and a distance from the magnet of 0.2 units, the force on the optimal magnet was 1.44 times greater than the force on an axially magnetized magnet of the same size and magnetization magnitude. The optimal magnetization may be approximated by magnetization inclined at a constant angle to the axis and by a combination of axially and radially magnetized sections. With magnetization at a constant angle to the axis in the axis plane, the force was greatest when the angle was about 45°, being 1.38-fold compared to the force on an axially magnetized magnet. When the magnet was composed of an axially magnetized cylindrical core and a radially magnetized outer ring, the force was greatest when the volume of the core was approximately equal to the volume of the ring, being 1.26-fold compared to the force on an axially magnetized magnet. The optimal magnet and its approximations also provided a reduced stray field. A short review of methods of the fabrication of permanent magnets (PMs) with a continuous variation of the magnetization orientation and with radial magnetization orientation is given.The results of this study can be used to design linear electromagnetic (micro)actuators.     

BaTiO3晶体自泵浦相位共轭中的透射效应

从BaTiO_3晶体自泵浦相位共轭透射光束的出射角随泵浦光束入射角的变化,相位共轭透射光束在晶体中的光路,以及相位共轭透射光束的透射率随泵浦光束和晶体c轴夹角的变化等几方面研究了BaTiO_3晶体自泵浦相位共轭中的透射效应,根据实验结果肯定了自泵浦相位共轭中透射现象的存在.