应用波像差理论计算Kirkpatrick-Baez系统的调制传递函数

调制传递函数（modulation transfer function,MTF）曲线可以客观地评价光学系统的成像性能。基于平面对称光学系统的波像差理论,给出了Kirkpatrick-Baez（KB）显微镜光学系统主要像差的波像差计算表达式,采用自相关法,通过Gauss-Legendre数值积分求解并绘制了KB系统的MTF曲线,且与光学分析软件的MTF曲线进行对比。结果表明:应用波像差理论计算调制传递函数不仅可以定量直观地分析KB系统的成像性能,而且能进一步解析光学系统的单项像差分布情况,提供更具针对性的系统优化方案。     

应用波像差理论计算鱼眼镜头调制传递函数

基于平面对称光学系统的波像差理论,给出了鱼眼镜头各类像差的波像差计算表达式,利用自相关积分法计算了它的调制传递函数,采用8节点的高斯-勒让德数值积分方法求解了其自相关积分;分析了鱼眼镜头倍率色差对确定空间频率光栅的相位改变量,给出了C(656.3nm)、D(589.3nm)、F(486.1nm)离散光谱的倍率色差的调制传递函数计算表达式.利用本文方法和Zemax快速傅里叶变换法分别计算两个鱼眼镜头系统的调制传递函数,并进行了对比.结果表明,对于中小孔径的鱼眼镜头成像系统,本文方法和仿真得到的结果较好地吻合.     

大口径干涉仪系统传递函数校准

波前功率谱密度(PSD)被用于评价ICF激光驱动器光学元件在中频区域的波前误差。目前主要采用大口径相移干涉仪检测ICF光学元件的波前畸变,通过付立叶变换获得波前的PSD分布。相移干涉仪在较高空间频率分量的测量上存在失真效应,因此需对干涉仪的空间频率传递函数进行校准。本文采用位相比较法测量大口径相移干涉仪的系统传递函数。我们采用衍射光学元件的制造工艺,设计、制作了标准的透射和反射位相元件,比较理论计算值与实测PSD值,分别获得了大口径相移干涉仪透射、反射测量模式的系统传递函数。     

基于调制传递函数相似度的波前编码系统优化技术

定义了调制传递函数相似度作为优化波前编码系统的评价函数,并在光学设计过程中通过引入数学软件实现了波前编码系统的快速优化。在优化过程中,通过引入数学软件与光学设计软件的动态数据交换接口实现了优化函数的快速计算和高速数据交换,并通过采用遗传算法加快了评价函数收敛速度。经过优化系统调制传递函数相似度由原来的0.0187降为0.0119,且调制传递函数幅值均高于0.18,处于设定的范围内。研究结果表明动态数据交换和外部程序的引入可以进一步提高具有特殊性质的非常规光学系统优化效率。     

大口径干涉仪系统传递函数校准

 波前功率谱密度(PSD)被用于评价ICF激光驱动器光学元件在中频区域的波前误差。目前主要采用大口径相移干涉仪检测ICF光学元件的波前畸变,通过付立叶变换获得波前的PSD分布。相移干涉仪在较高空间频率分量的测量上存在失真效应,因此需对干涉仪的空间频率传递函数进行校准。本文采用位相比较法测量大口径相移干涉仪的系统传递函数。我们采用衍射光学元件的制造工艺,设计、制作了标准的透射和反射位相元件,比较理论计算值与实测PSD值,分别获得了大口径相移干涉仪透射、反射测量模式的系统传递函数。     

大口径光学元件波前功率谱密度检测

波前功率谱密度（PSD）被用于评价惯性约束聚变激光驱动器光学元件在中频区域的波前误差。高功率固体激光装置对大口径光学元件波前质量的要求有别于传统光学系统,要求对波前误差进行较高空间频率的测量。探讨了大口径光学元件波前的高空间分辨率检测技术,采用大口径相移干涉仪作为波前检测仪器,通过傅里叶变换获得波前一维功率谱密度分布。对惯性约束聚变激光驱动器的典型光学元件进行了波前功率谱密度的的检测和分析。     

适用于波前处理器的自适应光学系统非共光路像差补偿方法

提出了一种适合硬件形式波前处理器的非共光路像差校正方法.讨论了非共光路像差的产生原因和运用相位差异技术检测非共光路像差的方法.根据波前处理器的工作流程,推导了将非共光路像差折算到波前探测器参考点偏移量的算法,编写了实现算法的主控计算机软件模块.在望远镜光路中以光源为目标开展实验,用本文算法校正后,目标能量集中度提高了17.6%,证明了该方法的可行性.     

强光光学元件波前检测算法

针对强光光学元件高精度检测中使用的两个新参数一——波前位相梯度和功率谱密度的数值计算方法进行了研究，并对目前使用的大口径干涉仪传递函数进行了实验标定。     

Shack-Hartmann波前传感器在光学检验中的应用

介绍用于光学检测的Shack-Hartmann(S-H)波前传感器,以及相应的检测实验结果。在实验室内,通过与Zygo干涉仪的测量结果对比,得出传感器的测量精度优于/50 RMS(=632.8 nm)。在外场利用星光作为光源,对口径1 m、焦距11 m的望远镜进行了系统波像差检验,测量结果为0.39~0.46RMS之间,并随着俯仰角的增加而增大,主要像差形式为三阶像散。     

基于个体眼光学结构的波前眼镜设计

提出一种在个体眼光学结构基础上根据波前数据设计波前眼镜的新方法。建立了个性化的眼光学结构,并将眼球和镜片视为统一的镜一眼光学系统,用光学设计的优化方法给出镜片的结构数据,并分析了±7°视场和眼球旋转±20°时,该镜一眼系统的成像情况。与波前拟合的方法相比,该方法设计的波前眼镜离焦差为（-0．057±0．015）m^-1,像散差为（0．015±0．013）m^-1散光轴位差为（0．100±0．316）°。镜一眼系统的矫正视力均大于1．25,其中8只被试眼的视力可达1．5以上。10只被试眼在转动±20°情形下的0°视场成像相比于直视的情况均略有下降,而7°视场的成像质量相比于直视的情况下降则更为明显。由该方法给出的验光结果客观可信,可用于对佩戴波前眼镜后人眼的视觉质量的预先评估。