内腔自适应光学系统校正激光器畸变

固体激光器中,增益介质由于热沉积产生的热畸变严重影响了激光器的稳定性、输出功率和光束质量。研究了一种内腔自适应光学系统校正激光器腔内畸变的方法,利用微机电变形反射镜作为固体激光器的内腔全反射镜,通过控制变形镜的面型改善激光器输出光束的模式及功率。从腔外引入的一束信标光通过激光器内腔后反射出腔外,用波前探测器可测得激光器工作时腔内畸变对此信标光的影响,并通过搭建的自适应光学系统平台可闭环校正此畸变。实验结果表明,闭环校正后,激光器的输出功率提高了近3倍,且激光光束质量得到了明显的改善。     

自适应光学与能动光学

自适应光学和能动光学是近２０年来发展起来的光学新技术，它赋予光学系统以能动可控的能力，为解决困扰光学界几百年之久传统光学技术无法克服动态干扰的老问题，成为高分辨率成像和强激光传输中的关键技术。文章介绍了自适应光学和能动光学原理、技术难点和解决办法。还介绍了我国在激光核聚变和高分辨率天文成像方面应用自适应光学的成果。     

自由旋涡气动窗口自适应光学波前校正初步研究

自由旋涡气动窗口能有效地替代高能激光器传统晶体输出镜 ,起到密封激光器低腔压的作用。利用现有的 37单元室内自适应光学系统 ,对自由旋涡气动窗口的输出激光波前畸变进行自适应光学波前校正。给出了自适应光学系统对气动窗口畸变波前的校正原理 ,采用直接斜率法在设计状态下对畸变波前进行了校正实验。结果表明 ,该自适应光学系统能够较好地校正工作在设计状态下的自由旋涡气动窗口对输出激光所引起的波前畸变     

自由旋涡气动窗口自适应光学波前校正初步研究

 自由旋涡气动窗口能有效地替代高能激光器传统晶体输出镜，起到密封激光器低腔压的作用。利用现有的37单元室内自适应光学系统，对自由旋涡气动窗口的输出激光波前畸变进行自适应光学波前校正。给出了自适应光学系统对气动窗口畸变波前的校正原理，采用直接斜率法在设计状态下对畸变波前进行了校正实验。结果表明，该自适应光学系统能够较好地校正工作在设计状态下的自由旋涡气动窗口对输出激光所引起的波前畸变。     

CCD系统线性动态范围的标定

 提出了一种标定CCD图像采集系统动态范围的实用方法。利用尖劈形成一列光强逐级衰减的标定光源,结合插值法给出CAS-512A CCD系统的线性动态范围。可用于强激光领域中CAS-512A CCD图像采集系统的实用线性动态范围的标定。     

激光对红外系统的失效机理和破坏效应研究

 根据红外光学系统的会聚特性，用光学增益方法分析了红外系统中各元件对应的光强分布，确定了位于焦面附近光学元件是激光破坏的易损部件，并提出了强激光对红外系统元件损伤,造成其探测、制导功能失效的硬破坏机理；由红外滤光片、探测器和信号处理电路与入射激光波长的光谱响应分析，提出了弱激光对红外系统干扰，导致其探测、制导功能在激光辐照一段时间内失效的软破坏机理；开展了激光辐照红外系统的失效验证实验，较好地解释了其失效的机理和效应。     

星间激光通信终端光学天线的隔离度

为满足星间激光通信对高隔离水平光学天线的要求,实现对光学天线隔离度的仿真分析和优化,提出了一种将红外系统冷反射的特征控制量YNI值作为衡量光学元件表面后向反射能量强度,并控制光学天线优化以提高隔离度水平的方法。在Light Tools软件中为某激光通信终端的卡塞格林天线创建了实体模型,通过仿真分析得出了各元件表面的后向反射率。在ZEMAX软件中以增大各元件表面的YNI值为目标优化天线结构。对比优化前后的结果,系统的后向反射率从3.068 8×10~(-4)减小到1.075 5×10~(-5),隔离度从-35.13 d B减小到-49.68 d B。优化后的卡塞格林天线具备较高的隔离度水平,可用于星间激光通信。     

The image adaptive method for solder paste 3D measurement system

The extensive application of Surface Mount Technology (SMT) requires various measurement methods to evaluate the circuit board. The solder paste 3D measurement system utilizing laser light projecting on the printed circuit board (PCB) surface is one of the critical methods. The local oversaturation, arising from the non-consistent reflectivity of the PCB surface, will lead to inaccurate measurement. The paper reports a novel optical image adaptive method of remedying the local oversaturation for solder paste measurement. The liquid crystal on silicon (LCoS) and image sensor (CCD or CMOS) are combined as the high dynamic range image (HDRI) acquisition system. The significant characteristic of the new method is that the image after adjustment is captured by specially designed HDRI acquisition system programmed by the LCoS mask. The formation of the LCoS mask, depending on a HDRI combined with the image fusion algorithm, is based on separating the laser light from the local oversaturated region. Experimental results demonstrate that the method can significantly improve the accuracy for the solder paste 3D measurement system with local oversaturation.     

基于衍射光学器件的多自由度测量仿真研究

提出了基于衍射光学器件的单光束多自由度测量的新方法。描述了该方法的基本原理,建立了相应的激光干涉系统的数学模型,设计了一种能够产生多自由度测量信息的衍射光学器件。分析了干涉场光强信号特征与目标各平动和转动量之间的关系,给出了仿真计算结果。该方法原理简单,测量效率高,并能提供较高的测量分辨率和测量精度。     

多变量自适应光学谐振腔系统动态特性的研究

针对自适应高功率激光非稳腔，在建立整个自适应激光谐振腔系统的数学模型基础上，首次运用现代控制理论中的多变量频域分析法进行系统的的动态特性研究，分析了闭环系统的稳定性，动态特性及关联性，同时提出了系统的重要参数之一－系统开环增益选择的限制条件。     

固体激光光折变自适应光外差探测技术研究

依据光折变晶体中自抽运与互抽运相位共轭共存的特性，提出了一种新型的光折变自适应光外差探测系统，并利用相干性较差的固体激光器进行了自适应光外差探测的实验研究。该系统具有结构简单、干扰和外差探测灵敏度高等优点，在光通信、激光雷达等许多领域内都具有重要的实用价值。     

调Q激光光折变自适应光外差探测技术研究

基于光折变晶体中自泵浦与互泵浦相位共轭共存效应,利用新型光折变自适应光外差探测系统进行了调Q脉冲激光的光折变自适应光外差探测技术研究.结果表明,该系统可以用来实现单纵模调Q脉冲激光的自适应光外差探测,并可以通过提高本振光强度有效地提高外差探测灵敏度.进一步的实验和理论分析表明,对于一般的调Q脉冲激光,由于其各个纵模频谱分量之间不相关,难于实现光外差探测.     

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。     

光束控制系统组件化仿真及运动解耦方法研究

利用激光系统组件化仿真软件构建了光束控制系统的组件化仿真框架,对几何/波动光学传输、光束定向器机架与其内部光学元件的耦合运动进行了仿真,提出了目标脱靶量数据和传感器图像自动更新、光束定向器机架与其内部多块快速倾斜镜控制驱动量自动解耦的数值仿真新方法,并在动态跟踪控制可视化过程中完成了光束定向器机架、多块快速倾斜镜驱动控制以及光学传输成像的仿真,满足了光束控制系统建模仿真的普适性、灵活性、易用性设计目标。最后,大气传输校正联合仿真实例证明:利用精跟踪、自适应光学技术能有效抑制大气低频扰动幅值,校正高频扰动的影响。     

激光局域网络的混沌控制及并行队列同步

本文提出并研究了"单队列-双参数"光电延时反馈控制条件下的激光局域网络的混沌控制及串联的动力学行为的并行队列"交叉驱动-反馈"网络同步实现,建立了该光学局域网络的数学物理控制模型.通过含时延超越方程理论的分析,预言了该光学局域网络是可以实现混沌控制的,且网络两路结点队列是可以实现实时引导控制到多个类周期状态上的,并通过并行队列同步方程理论证明并行串联队列同步是可以获得的.结果发现在可控的激光局域网络两个并行串联队列光路上,分别实现了网络队列结点的混沌控制并能够实现多个类周期的网络结点的并行串联队列同步,实现了络网结点激光器的2周期、3周期、4周期等状态的并行队列同步,以及其他多个类周期的队列并行同步和动态同步.还发现了两个类周期并行队列网络同步控制区域.本文还给出了激光局域网络"并行多点混沌载波同步发射及其在光学超宽带通信中应用"的一个案例并成功实现.这是一种新型的激光混沌局域网络控制系统,具有光局域网络光传送与光联接核心控制技术要素,具有复杂动力学系统与网络的多变量、多空间维度及并行两路不同队列混沌控制技术特点,还具有光网络超宽带通信功能等.其研究结果对局域网络、光网络的控制与同步、激光技术以及混沌的研究具有重要的参考价值.     

3D laser scanner system using high dynamic range imaging

Because of its high measuring speed, moderate accuracy, low cost and robustness in the industrial field, 3D laser scanning has been widely used in a variety of applications. However, the measurement of a 3D profile of a high dynamic range (HDR) brightness surface such as a partially highlighted object or a partial specular reflection remains one of the most challenging problems. This difficulty has limited the adoption of such scanner systems. In this paper, an optical imaging system based on a high-resolution liquid crystal on silicon (LCoS) device and an image sensor (CCD or CMOS) was built to adjust the image's brightness pixel by pixel as required. The radiance value of the image captured by the image sensor is constrained to lie within the dynamic range of the sensor after an adaptive algorithm of pixel mapping between the LCoS mask plane and image plane through the HDR imaging system is added. Thus, an HDR image was reconstructed by the LCoS mask and the CCD image on this system. The significant difference between the proposed system and a traditional 3D laser scanner system is that the HDR image was used to calibrate and calculate the 3D profile coordinate. Experimental results show that HDR imaging can enhance 3D laser scanner system environmental adaptability and improve the accuracy of 3D profile measurement.     

A wavefront sensor-less adaptive optical system for a solid-state laser

A wavefront sensor-less adaptive optical system has been set up. It consists of a deformable mirror, a high-voltage amplifier, a set of solid-state laser system, a CCD camera, control software and a genetic algorithm. This adaptive optical system does not employ a wavefront sensor to detect the wavefront information, but optimizes the light intensity within a fixed aperture in the focal plane by a 19-element piezoelectricity deformable mirror. A genetic algorithm is introduced to search the optimum surface profile of the deformable mirror for correcting the phase aberrations in a solid-state laser system. The far-field light intensity signal, which is measured by a CCD, is taken as the fitness function of the genetic algorithm. In this paper, the performance and the efficiency of this wavefront sensor-less adaptive optical system are presented. Both simulative results and experimental results are given and discussed.     

Miniaturized optical system for atomic fountain clock

Using modularized components, we have built a miniaturized optical system for 87Rb atomic fountain clock that is fitted on an 80 cm × 60 cm optical breadboard. Compared with the conventional optical setup on the table, our system is more compact, more robust and miniaturized. Taking advantage of this system, laser beams are transmitted through eight optical fibre patch cords from the optical breadboard to an ultra high vacuum system. This optical setup has operated for five months in our fountain system and required no alignment.     

Wave-front correction of high-intensity fs laser beams by using closed-loop adaptive optics system

We developed an adaptive optics system to correct the wave-front distortion of an intense fs laser beam from our multi-TW laser system, Jiguang II. In this paper, the instruments of the adaptive optical system are described and the experimental results of the closed-loop wave-front correction are presented. A distorted laser wave-front of 20 wavelengths of P-V values was corrected to 0.15 wavelength of P-V values. The beam quality of the laser system varies from 3.5 diffraction limit to 1.5 diffraction limit.     

基于深度学习的自适应光学波前传感技术研究综述

波前传感是自适应光学系统的重要组成部分,在地基大口径望远镜、激光大气传输、无线光通信、激光驱动核聚变等领域发挥了关键作用,同时也常应用于自由曲面的光学测量中。与此同时,深度学习作为一种较为通用的前沿技术,成功在计算机视觉、自然语言处理等众多领域取得了革命性进展。使用深度学习的方法改进自适应光学系统中的波前传感器,以期实现更精准的波前探测,以及适应更复杂的应用场景是自适应光学的发展趋势,也是深度学习应用领域的一个新课题。介绍了深度学习在自适应光学波前传感中的应用现状,主要分析了在相位反演波前传感器和哈特曼波前传感器中的研究特点,并在最后进行了总结和展望。