测量噪声对波前重构精度的影响

 Hartmann-Shack波前传感器斜率测量误差是自适应光学系统中影响波前重构精度的一个主要误差来源。针对模式法波前重构算法,推导出了普遍适用的模式法波前重构误差传递系数计算公式;利用61单元自适应光学系统中的Hartmann-Shack波前传感器测量的斜率数据,验证了模式法波前重构误差传递系数计算公式的正确性。     

一种自适应光学系统响应矩阵的直接计算方法

提出了一种自适应光学系统响应矩阵的直接计算方法.通过分析特征驱动器斜率影响向量的实测值与理论值的相关性估计波前校正器与波前探测器的对准误差,得到了更接近实际情况的响应矩阵.实验结果表明,考虑对准误差后计算出的响应矩阵能够有效地进行闭环校正.     

用于活体人眼视网膜观察的自适应光学成像系统

利用自适应光学技术,研制了两套活体人眼视网膜高分辨力成像系统,在实时校正人眼波前误差的基础上,实现活体人眼视网膜细胞尺度的高分辨力成像。这两套系统分别采用19和37单元小型压电变形反射镜作为波前校正元件,哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器测量波前误差,用眼底反射的半导体激光作为波前探测的信标。在用计算机控制自适应光学系统实现人眼波前误差校正后,触发闪光灯照明视网膜,用CCD相机记录视网膜的高分辨力图像。校正后的残余波前误差的均方根值已分别小于1／6和1／10波长,相当于视网膜上成像分辨力分别为3．4μm和2．6μm,接近衍射极限。试验表明37单元系统的成像质量更好。     

无调制两面锥波前传感器的衍射理论分析和数值仿真

两面锥波前传感器(two-sided pyramid wavefront Sensor,TSPWFS)是一种高空间采样率和高光能利用率的波前传感器.为了深入研究它的波前复原原理,采用波动光学理论详细推导了无调制TSPWFS的衍射理论,给出了无调制TSPWFS波前复原时线性重构矩阵的解析解,并且通过数值仿真确定出最佳的光瞳像中心间距,并对静态像差的波前复原及闭环校正进行数值仿真.分析结果表明,无调制TSPWFS具有波前复原时不需要现场测量响应矩阵,可以校正系统像差,闭环校正结果稳定等优点,可以在实际自适应光学系统中进行波前探测. 关键词： 自适应光学 两面锥波前传感器 波前复原     

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。     

模式正交性对哈特曼-夏克传感器波前测量等的影响

分析了哈特曼-夏克波前传感器采用模式法重构波前相位算法的数学模型，仿真实验了重构模式之间不正交对重构精度的影响，指出模式之问的不正交不影响算法的实现。在哈特曼一夏克传感器应用模式法进行波前测量和波前校正的过程中，模式之间的正交性并不是算法实现的必要条件，正交化处理算法对波前重构、波前校正精度的提高没有影响。     

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。     

基于电子倍增电荷耦合器件的哈特曼-夏克波前传感器质心探测误差分析

哈特曼-夏克(Hartmann-Shack,H-S)波前传感器的探测误差是自适应光学系统中的一个主要误差源.本文分析了电子倍增电荷耦合器件(electron multiplying charge-coupled devices,EMCCD)的各种噪声源对H-S波前传感器质心探测误差的影响,推导了基于EMCCD的H-S波前传感器的质心探测误差的数学表达式,并进行了数值仿真和实验研究.结果表明,基于EMCCD的H-S波前传感器的质心探测误差与增益直接相关,在增益小于P_max/(Q·N_mean)时质心探测误差随着增益的增大而减小,在增益大于P_max/(Q·N_mean)时质心探测误差随着增益的增大而增大,其中P_max是EMCCD的峰值电荷,Q是量子效率,N_mean是平均入射光强. 关键词： 自适应光学 电子倍增电荷耦合器件 波前传感器 质心探测误差     

Hartmann-Shack波前传感器两种子孔径布局探测性能比较

 通过自适应光学中的Zernike模式波前重构算法进行计算机仿真计算,对Hartmann-Shack 波前传感器中针对环形波前设计的两种微阵列透镜子孔径布局的探测性能进行了比较。还就两种子孔径布局的排布方式、完全探测信息能力以及容纳光强起伏能力进行了比较。结果表明,环形布局在探测性能上与方形布局相近,在完全探测信息、容纳光强起伏等方面明显优于方形布局,是一种适用于环形波前探测的子孔径布局方式。     

基于已知球面波前的Hartmann-Shack传感器结构参量标定

微透镜阵列到CCD的距离是影响Hartmann-Shack波前探测器精度的主要装配误差之一。对该平移装配误差的修正,能够有效减小波前探测误差。理论求解了球面波前通过微透镜引起的子孔径光斑质心移动量与波前探测器结构参数之间的关系,借助该关系能够求出微透镜到CCD之间的实际距离,以其改进波前斜率的计算。实验验证了理论推导的合理性,并对实际装配参数进行标定,得实际距离为24.2 mm。利用标定后的参数重建波前,其相对误差减小20.4%。实验表明该标定方法能够有效提高波前传感器测量准确性。     

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.     

两种M~2因子实验测量方法的比较

为了从实验上分析和验证H-S传感器测量M2因子方法,对使用双曲线拟合法测量M2因子和H-S传感器测量M2因子做了详细的实验研究,且对实验结果、实验误差进行了比较与分析。研究表明:当H-S波前传感器透镜组足够多,重构误差较小,选取合适的泽尼克多项式阶数时,H-S波前传感器一次测量法得到的光束的M2因子与传统方法测得的M2因子值基本相当。与双曲线拟合法相比,H-S传感器法适用范围小,但是当满足测量条件时,H-S传感器法更便捷。     

Three-dimensional spatiotemporal pulse characterization with an acousto-optic pulse shaper and a Hartmann-Shack wavefront sensor

We demonstrate a simplified arrangement for spatiotemporal ultrashort pulse characterization called Hartmann-Shack assisted, multidimensional, shaper-based technique for electric-field reconstruction. It employs an acousto-optic pulse shaper in combination with a second-order nonlinear crystal and a Hartmann-Shack wavefront sensor. The shaper is used as a tunable bandpass filter, and the wavefronts and intensities of quasimonochromatic spectral slices of the pulse are obtained using the Hartmann-Shack wavefront sensor. The wavefronts and intensities of the spectral slices are related to one another using shaper-assisted frequency-resolved optical gating measurements, performed at particular points in the beam. This enables a three-dimensional reconstruction of the amplitude and phase of the pulse. We present some example pulse measurements and discuss the operating parameters of the device.     

波前校正器和波前传感器的匹配

自适应光学系统中，波前校正器和波前传感器的形式、对应关系以及波前复原法的选择，对波前复原的效果都是有影响的。介绍了动态Ｈａｒｔｍａｎｎ—Ｓｈａｃｋ传感器方式下，以分立驱动器和连续表面变形镜为校正元件，采用直接斜率法波前复原过程的计算机模拟实验．研究了多种变形镜驱动器和探测子孔径的对应布局关系，得出每个孔径主要受三个驱动器控制的布局原则．     

一种提高HWS采样率的透镜式微扫描方法

为改善传统哈特曼-夏克波前传感器对待测波前采样不足的缺点,对哈特曼-夏克波前传感器和微扫描进行了分析,提出一种提高哈特曼-夏克波前传感器采样率的透镜式微扫描方法。通过在微透镜阵列之前加入由PZT驱动的透镜扫描装置,对CCD采集的光斑分布情况进行高分辨率微扫描图像重建,通过对重建后的光斑分布进行波前重构,提高了哈特曼波前传感器对待测波前的采样率。通过对比实验验证,波前复原精度提高了41%,可以有效提高哈特曼传感器对波前探测的精度。     

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。     

基于优化探测窗口的光斑质心探测方法

 哈特曼-夏克波前传感器进行波前探测时，用子孔径光斑强度的一阶矩来计算光斑质心位置，子孔径窗口作为探测窗口，但探测时子孔径窗口内噪声对一阶矩有很大的影响，会使质心探测精度产生很大的误差。因此在计算质心位置时探测窗口的选取对探测精度有重要影响，必须选取合适的探测窗口来提高光斑质心探测精度。为此，在传统算法的基础上提出优化探测窗口的方法来提高质心探测精度,仿真和实验结果表明新方法提高了质心探测的精度，未经处理的高噪声恢复波前的波前残差峰谷值是2.851 4λ，均方根值是0.606 3λ，优化探测窗口后波前残差的峰谷值是1.636 2 λ，均方根值是0.367 1 λ，重构误差减小了40％。证明了算法的可行性和稳定性。     

Absolute calibration of Hartmann-Shack wavefront sensor by spherical wavefronts

A method for absolute calibration of Hartmann-Shack wavefront sensor (HSWFS), in which the wavefront differences of several spherical wavefronts are used to determine parameters of HSWFS, is proposed in this paper. The calibration method is introduced and the experiment results and error analysis are presented. Across a pupil with diameter of 2.6 mm, a lenslet array of 20 × 20 sub-apertures with square configuration, and focal length 4 mm, is used to sample the incident wave. The results indicate the uncertainty of the Hartmann-Shack wavefront sensor calibrated by the proposed method, is improved to less than λ/60 PV value and λ/500 RMS value (λ = 635 nm) with modal reconstruction method. Furthermore, the factors affected the results are analyzed. The error analysis suggested that the influences of the factors on the accuracy of reconstruction can be controlled to an accept level.