开环液晶自适应光学系统:研究进展和结果

对于自适应光学系统,液晶波前校正器是一个非常有前景的波前校正器件。传统的向列相液晶波前校正器的主要缺点是偏振依赖和工作波段窄。采用了基于偏振分束器的开环光路设计和优化的能量分割方法来分别解决上述问题。结果显示,开环光路非常适合于液晶波前校正器,且新颖的能量分割方法显著提高了液晶自适应光学系统的探测能力。     

中科院长春光机所液晶光学研究团队

正中科院长春光机所液晶光学研究团队由1999年中科院"百人计划"引进的人才宣丽研究员组建。目前有固定人员13人,其中:研究员4人,副研究员5人,助理研究员1人,工程师1人,研究实习员2人,在读研究生25人。研究方向以基于液晶波前校正器的自适应光学(AO)成像为主,应用于大口径望远镜和人眼视网膜检查设备。"十一五"期间,先后完成国家自然基金重点项目"可见-近红外宽波段快速液晶自适应系统的研究"、863"十一五"规划重点项目液晶自适应波面校正系统,攻克了液晶波前校正器响应速度慢、偏振能     

天文学的新希望:自适应光学

自从 40 0年前伽利略用望远镜观察天空以来 ,为探索宇宙更深处 ,天文学家使用的望远镜越来越大。尽管在反射镜技术、望远镜结构及传感器方面取得长足进步 ,还是有一个重要因素制约地面天文望远镜的灵敏度和分辨率 ,即大气中的固有湍流结构。无论望远镜的直径如何大 ,大气湍流都会将长曝光时间地基图像的分辨率限制到 1弧秒。部分因为这一明显障碍 ,天文学家已将新观测活动转移到太空中进行。这一方法显然很费钱 ,且孔径变小。如哈勃太空望远镜孔径仅 2 .4m,它发射时正在建造的地面望远镜要比它大 3～ 4倍。不过哈勃太空望远镜的角分辨率比大…     

中科院长春光机所液晶光学研究团队

正中科院长春光机所液晶光学研究团队由1999年中科院"百人计划"引进的人才宣丽研究员组建。目前有固定人员13人,其中:研究员4人,副研究员5人,助理研究员1人,工程师1人,研究实习员2人,在读研究生25人。研究方向以基于液晶波前校正器的自适应光学(AO)成像为主,应用于大口径望远镜和人眼视网膜检查设备。     

温度对液晶波前校正器响应速度及LUT的影响研究

温度起伏会对液晶器件的相位调制特性、响应速度有影响,从而影响自适应光学系统中的液晶波前校正器的相位调制精度。针对该问题,本文研究了温度对512×512像素的硅基液晶波前校正器(LCOS)的LUT(look-up table)的影响,正是由于LUT的变化导致其相位调制特性不同;实验测量了不同温度下LCOS的时间和相位响应特性,由此计算了对应的LUT,利用最小二乘拟合方法对得到的数据进行拟合,给出了16～26℃范围内的关系式,利用此关系式可以获得该温度范围内不同温度下合理的LUT。我们在LCOS上施加闪耀光栅灰度图后,对不同LUT下入射光束的衍射效率分别进行测量,结果表明我们利用关系式内对应温度下的LUT取代LCOS中固定值的LUT方法可以克服温度的起伏带来的影响,提高LCOS的相位调制能力。本方法对于液晶器件在自适应光学、显示等领域的应用也有帮助。     

液晶自适应光学在人眼眼底高分辨率成像中的应用

为了获得人眼眼底高分辨率图像,将液晶自适应光学(AO)技术引入到传统检眼镜中,采用基于夏克-哈特曼波前探测器(sHwS)和硅基液晶空间光调制器(LCOS-SLM)的自适应光学系统来校正人眼的高低阶像差,获得了细胞量级的高分辨眼底图像,为眼科疾病及其相关疾病的早期诊断提供了有力工具.采用闭环和开环两种校正模式,都获得了清晰的眼底图片,认为液晶自适应光学系统在活体人眼眼底高分辨率成像上具有巨大潜力.     

中科院长春光机所液晶光学研究团队

正中科院长春光机所液晶光学研究团队由1999年中科院"百人计划"引进的人才宣丽研究员组建。目前有固定人员13人,其中:研究员4人,副研究员5人,助理研究员1人,工程师1人,研究实习员2人,在读研究生25人。研究方向以基于液晶波前校正器的自适应光学(AO)成像为主,应用于大口径望     

中科院长春光机所液晶光学研究团队

正中科院长春光机所液晶光学研究团队由1999年中科院"百人计划"引进的人才宣丽研究员组建。目前有固定人员13人,其中:研究员4人,副研究员5人,助理研究员1人,工程师1人,研究实习员2人,在读研究生25人。研究方向以基于液晶波前校正器的自适应光学(AO)成像为主,应用于大口径望     

液晶波前校正器过驱动矩阵的测量方法研究

从自适应光学应用的角度,对液晶波前校正器的过驱动矩阵的测量方法进行了系统研究。对量化级次和延迟时间进行了优化,最优量化级次为32级,最优延迟时间为14帧。最后,在延迟时间为14帧时,测量了液晶波前校正器的过驱动矩阵和终到位相矩阵,并对中等强度大气湍流进行了仿真校正,仿真计算结果与理论预期吻合得很好,表明测量方法可行。     

基于多GPU的液晶自适应光学波前处理器

为了满足4 m天文望远镜液晶自适应光学系统的波前处理要求,研究了基于多GPU的波前处理器。介绍了液晶自适应光学波前处理方法。分析了用于匹配4 m望远镜的哈特曼探测器数目、Zernike模式数和液晶校正器驱动单元数。详细论述了多GPU下波前处理方法,包括:单GPU下计算斜率;按列分块法拟合Zernike系数;Zernike对称性算法和按行分块法计算液晶校正器灰度图。最后,分析了匹配4 m望远镜的液晶自适应光学系统的残余误差传递函数,并由此模拟了残余误差传递函数的幅频响应。实验结果表明,斜率计算延迟18 μs,Zernike系数拟合延迟39 μs,校正器灰度图计算延迟114 μs。多GPU下总的波前处理延迟171 μs,小于哈特曼探测器采样时间500 μs,液晶自适应光学系统-3 dB残余误差抑制带宽可达53 Hz。满足4 m天文望远镜的应用要求。     

视标引导的自适应光学眼底成像视场精确定位

自适应光学眼底相机,由于较高的成像分辨率和人眼等晕角的存在,单次成像的视场被限制在1左右。必须实现单个视场的精确定位和多个视场的图像拼接,才能得到完整的眼底图像。为了精确定位,文中分析视标引导成像视场的原理,设计了新型的视标引导系统。平行光照明视标,并通过透镜聚焦于人眼瞳孔中心,这样能够精确测量眼底成像视场的位置。基于此搭建的自适应光学系统可在22.6的眼底范围内成像,精度达到0.003。这套系统成功实现了单个细胞的追踪和眼底血管的大视场拼接,这将有益于液晶自适应光学系统在临床眼科的应用和推广。     

纯位相液晶调制器的响应特性计算

液晶位相调制器在非显示领域有广泛的应用,例如自适应光学中的波前校正、大气湍流模拟、光学相控阵的光束指向等。在这些应用中液晶的响应速度、位相调制范围、色散等特性非常关键。围绕对这些特性的改进,本文总结了近年来人们在液晶器件设计、驱动方法改进以及液晶色散研究方面的理论计算方法,这为人们在提高液晶器件电光响应特性、预期其性能等方面的需求,提供了非常有价值的参考。     

自适应光纤光源准直器的结构设计

设计了一种可以快速高精度调节光纤准直激光束发射角度的自适应光纤光源准直器.该器件利用双压电驱动器控制光纤端面的位置,通过准直透镜实现出射激光束的准直.建立了自适应光纤光源准直器的物理模型,通过理论分析得出了光纤端面的偏移与器件结构参数的关系.研制了一个器件,并对其光纤端面偏移量、谐振频率等进行了测试.实验结果表明,理论...     

不同导星数量和排布情况下地表层自适应光学系统的性能分析

基于频谱滤波理论和经典大气湍流 7 层模型, 通过地表层自适应光学 (GLAO) 系统的理论滤波器模型, 结合 有限导星条件下的误差传递函数 (ETF), 探究了不同导星数量与不同导星排布情况下地表层自适应光学系统的性能。 研究结果表明 6 颗导星呈中心 1 颗、其余 5 颗在视场边缘均匀环形分布时, 系统校正性能较优。该研究结果对正在研 制的一米新真空太阳望远镜多层共轭自适应光学 (MCAO) 系统 (含有 GLAO 系统) 具有重要指导作用和参考价值。     

自适应元器件在激光加工中的应用

在激光加工技术中,自适应光学元器件的应用越来越广。介绍了自适应反射镜和透镜的原理及其在一般激光切割、厚钢板的激光锯切和三维激光焊接中的应用。     

基于液晶空间光调制器的波前畸变补偿研究

针对液晶空间光调制器控制单元数多,直接进行波前相位畸变补偿时计算量大的问题,将控制输入与描述波前畸变的Zernike多项式系数形成映射,极大地减小了优化维数,有效地提高了计算效率.引入单纯形算法,通过使设计的性能指标达到最优,得到最佳的Zernike多项式,实现了精确的波前畸变补偿.针对传统的单纯形算法易收敛于局部极点...     

自适应光学中变形镜的研究

大气对激光束的湍流效应是制约激光通信技术发展的一个主要因素,研究发现自适应光学技术可以有效的缓解激光束在大气中传输受到的影响。自适应光学系统由探测器、控制器和校正器3部分组成。首先由探测单元和控制单元确定控制信号,然后通过控制器改变变形镜的镜面,以达到校正波前的目的。变形镜是自适应光学系统中实现波前校正的关键器件．其特性将直接影响系统对波前光束的改善结果。通过对变形镜的工作原理、分类、技术要求和性能指标的研究．该系统补偿效果达到90％。