一种基于Zernike多项式的波前探测和重构方法

运用Ｎｏｌｌ建议的Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式形式表征大气扰动的波面，求出由两个离焦面上的光强分决定的Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式的前ｎ项在特定的探测器上的响应矩阵Ｒ。由Ｒ和输入的随机波面在两个离焦面上的光强分布，可方便地求出其Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式的系数，从而实现了波前的探测和重构。采用光线追迹的变方法，用计算机模拟验证了这种方法的原理和可行性。     

基于Zernike多项式的波前传感器的光子受限的研究

应用基于Zernike多项式的波前探测和重构方法2,利用蒙特卡罗法,可求出探测器在不同的光子数下,其探测精度的变化。文章还给出了由不同的探测器组成的传感器,探测星等的变化情况。     

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。     

液晶校正器漏光对闭环校正波前探测准确度的影响

研究了液晶分子排列对哈特曼波前探测器探测及闭环校正的影响.首先分析了分子排列对液晶校正器产生漏光强度的影响.详细探讨了在闭环校正过程中漏光对波前探测及校正准确度影响,当漏光比为40%时,产生的探测偏离误差为0.4;对于8%的漏光比,探测误差仅为0.08,可以忽略.最后分别做了扭曲和平行排列液晶校正器对静态畸变的闭环校正实验.对于漏光比为40%的扭曲液晶校正器,校正前后的PV和RMS值分别为:1.11 μm、0.25 μm和1.08 μm、 0.24 μm,说明漏光对闭环校正产生了严重影响.对于漏光比为8%的平行排列液晶校正器,通过闭环校正,波前的PV和RMS分别从1.58 m和0.22 m降到0.095 m和0.03 m,同时获得清晰的光纤束的像.结果表明,如果能够控制液晶波前校正器的漏光占总光强的比在8%以下,则可以获得高校正准确度.     

基于衍射光栅曲率波前传感器的实时波前重构研究

自适应光学系统要求波前传感器能实现动态实时测量,曲率波前传感技术符合这一发展要求。一种新型的基于扭曲衍射光栅的曲率波前传感器在探测装置的实现方法方面具有较大优势,其波前重构已应用于光学度量。根据衍射光学理论,对其探测信号进行数值模拟,并利用Neumann边界条件的Green函数法对其波前重构进行数值模拟。结果表明：Green函数法归结为2矩阵相乘,计算速度快,达到实时重构要求; Green函数法对阶数不高的Zernike多项式重构效果较好;影响重构误差的主要因素是光强梯度的边界噪声。     

中心遮拦干涉图的处理

介绍了一种用于中心遮拦的大口径干涉仪的干水条纹处理软件，该软件通过对干涉数据进行采集，处理而得出被检波面的波差分布和像差，由于对干涉图数据拟合过程中所使用的泽尼特（Ｚｅｒｎｉｋｅ）多项式进行了修正，因此得到的结果的准确度也有了较大的提高。     

稀疏子孔径区域内正交多项式重构波前

提出了基于稀疏子孔径正交多项式的拼接算法.该算法采用Mathematica9.0对圆域Zernike多项式进行Gram-Schimdt正交化,构造出稀疏子孔径区域内的标准正交多项式——Z-sparse多项式,并采用该正交多项式进行稀疏子孔径区域波前数据的拟合.实验表明:根据算法重构与直接检测的全孔径波前残差PV=0.071 9λ,RMS=0.007 4λ.该算法可对所提取的七个子孔径波前像差数据进行有效的拼接.     

高精度相位差波前探测器的数值仿真和实验研究

相位差(PD)波前探测器具有光路简单、共光路测量等优点,不仅适合点目标,而且适合扩展目标.随着算法和硬件水平的不断提高,相位差法已经成为波前探测技术的一个重要发展方向.对相位差波前探测器进行了研究,成功实现了对点目标和扩展目标的波前探测,给出了数值仿真结果.针对点目标,搭建实验光路,对静态的单阶Zernike像差和随机...     

光学相关论题 自适应光学

O4392006010794曲率波前传感器波前重构算法的研究=Study on algo-rithms for wavefront reconstruction of curvature sensor[刊,中]/刘若凡(中科院光电技术研究所.四川,成都(610209)),沈锋∥光电工程.—2005,32(10).—6-9运用衍射理论计算出两个离焦面上的光强分布,从而获得波前曲率和孔径边缘的波前径向倾斜。根据Zernike多项式的微分特性,采用两种不同的方法分别处理曲率和倾斜,使用积分的方法解决了在边界上δ函数很难处理的问题。由探测器的几何分布预先算出控制矩阵,用Zerni-ke多项式曲线拟合的方法重构出波前。计算机仿真表明,波…     

环形区域上Zernike模式法波前重构

 针对激光技术领域常见的环形激光光束,利用圆域Zernike多项式和环域Zernike多项式进行模式法波前重构,结果显示,如果环形激光光束波前相位畸变主要由低空间频率成分组成,则可以直接利用圆域Zernike多项式进行波前重构;如果环形激光光束波前相位畸变含有较多的高阶频率成分,则利用环域Zernike多项式进行波前重构。     

Direct amplitude detection of Zernike modes by computer-generated holographic wavefront sensor: Modeling and simulation

A fast holographic wavefront sensor is proposed using a computer-generated hologram (CGH). This CGH is a multiplexed hologram of different Zernike mode–amplitude combinations, and is designed in such a manner as to get the corresponding spots on the detector according to the presence and strength of a particular aberration. Interference between the aberrated wavefront (with a single mode–amplitude combination) and the Fourier transform of an image with single bright pixel (defined as dot image) is numerically calculated for one hologram. Different mode–amplitude combination and corresponding different positions of bright pixels (dots) are taken to compute various holograms and then all the holograms are multiplexed to get the final hologram. When the aberrated wavefront with a particular mode–amplitude combination is incident onto the multiplexed hologram, the corresponding dot is generated in the Fourier plane. A lens performs the Fourier transform in optical domain and provides the instant detection of amplitude of the respective Zernike mode. The main advantage of the scheme is to avoid the need of any computations, which makes it really fast. The simulation results are presented with the cross-talk analysis for few Zernike terms.     

自适应光学系统的模式法数值模拟

建立了利用模式法笃自适应光学系统进行数值模拟的理论模型，编制了计算程序，并与激光大气传输计算程序衔接起来，进行了大量数值模拟计算。首次发现：存在泽尼特多项式展开的最佳项数。大于一定项数的展开式的效果迅速变坏，竖排和斜排经特面式展开有类似的结果。文献中认为可以采用的１５项经特多项式展开的效果不好，最佳项数随着横向风速的增加而减小，在风速较大时最佳项数下的模范地结果稍好于直接斜率控制法的结果。     

湍流大气中哈特曼传感器的模式波前复原误差

 分别采用Zernike和Karhunen-loeve两种模式波前复原法,分析了子孔径斜率测量不受噪声影响的理想情况下,哈特曼传感器对大气湍流畸变波前的模式复原误差与大气湍流相干长度、传感器的结构尺寸、模式复原阶数等的关系。结果表明Karhunen-loeve模式法比Zernike模式法的波前复原误差更小些。     

纯相位液晶空间光调制器拟合泽尼克像差性能分析

纯相位液晶空间光调制器作为波前校正器构成的高分辨率、低能耗、价格低廉、易于控制的自适应光学系统受到越来越多的关注.作为一种新型波前校正器件,它对波前像差的校正能力是反映其在自适应光学系统中应用的一个重要的指标,因此有必要仔细地研究它对各种像差的校正能力,以确定其可能的应用范围.波前校正器对各阶泽尼克像差的拟合效果有效地反映了该器件对不同像差的校正能力.利用256×256像素的纯相位液晶空间光调制器(LC-SLM)产生不同系数的前36项泽尼克像差分析LC-SLM对不同像差的校正能力.讨论了填充因子、离散像素 关键词： 液晶空间光调制器 相位调制 自适应光学 泽尼克多项式     

由重构矩阵存储精度引起的波前重构误差的研究

 采用Southwell区域法波前重构模型对泽尼克多项式的前几项进行了波前重构的数值模拟, 研究了由重构矩阵存储精度原因而引起的波前重构误差。结果表明,对于前六项,以8Bit的数据精度来存储重构矩阵就能保证波前重构误差不超过1.0%,而对于具有更高阶的泽尼克多项式,比8Bit更高的数据精度不会使误差减小。对一个测量所得的波前进行了研究,所得结果和上述结论相符合。     

Modal Description of Wavefront Aberration in Non-circle Apertures

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｗｅｏｆｔｅｎｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｓｔａｔｉｃｏｒｄｙｎａｍｉｃｗａｖｅｆｒｏｎｔａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓａｓｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｅｓ,ｓｕｃｈａｓｐｉｓｔｏｎ ,ｔｉｌｔ,ｄｅｆｏｃｕｓ,ｃｏｍａ,ｓｐｈｅｒａｌａｎｄｓｏｏｎ .ＴｈｅｓｅｍｏｄｅｓａｒｅｓｉｍｉｌａｒａｓｓｏｍｅｌｏｗｅｒｏｒｄｅｒｓｏｆＺｅｒｎｉｋｅｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｓ.ＴｈｅＺｅｒｎｉｋｅ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｓａｒｅｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｎｃｉｒ…     

线性相位反演传感器与哈特曼传感器的实验研究对比

为了进一步分析线性相位反演波前传感器的性能,搭建了基于线性相位反演测量方法的波前传感器的实验装置.针对各种波前随机像差,同时用线性相位波前传感器和哈特曼波前传感器进行测量和复原,将复原结果进行对比.分析了不同的探测分辨力和不同泽尼克复原阶数对线性相位反演传感器复原结果的影响.分析了靶面分辨力,合理的靶面大小对复原精度是有利的,肯定了线性相位反演波前传感器可以用较少的探测单元实现相似精度的测量,采样靶面像素为8 pixel×8 pixel时,误差系数仍很小.利用对随机像差片进行不同阶数的复原,线性相位反演波前传感器的复原残差的误差率基本都在0.25以下,能对前35阶像差进行比较精确的复原.     

波面重构中非圆域Zernike正交基底构造方法

针对非圆域波面拟合中Zernike多项式失去正交特性、拟合系数交叉耦合的问题,提出非圆域Zernike正交基底函数构造方法。以圆Zernike为基底,采用Gram-Schimdt正交组构造方法,线性表出单位正交基底。通过构造不同遮光比环形光阑下的正交基底与环Zernike多项式进行比较,验证了此方法的正确性。然后采用圆Zernike多项式和构造的新基底对矩形光阑下的波面进行了拟合,从拟合残余误差、各项基底系数的稳定性、传递矩阵的条件数等分析,结果表明针对特定的非圆域构造的新基底可靠性和抗扰动能力优于圆Zernike多项式。此方法不需要具体求出基底的解析表达式,不同非圆域仅是正交化系数矩阵发生改变,为非圆域正交基底构造提供了一种新途径。     

Recursive wavefront aberration correction method for LCoS spatial light modulators

We present two accurate and relatively simple interferometric methods for the correction of wavefront aberrations of about 3 wavelengths (3λ) in spatial light modulators (SLMs) of the liquid crystal on silicon (LCoS) type. The first is based on a recursive use of a wavefront fitting algorithm in a Wyko™ interferometer, in which Zernike polynomials are employed as the basis functions. We show here that the successive use of only three measurements is required to obtain a peak-to-valley (PV) error as low as λ/10, with an uncertainty of λ/30, in the compensated wavefront. The second method makes use of the actual optical path difference (OPD) computed by the interferometer at each pixel of the image of the interferogram of the LCoS modulator (LCoS-M). From numerical interpolation of these OPD values we were able to assign the required OPD compensation at each pixel of the LCoS-M. With this method, PV errors of the compensated wavefront as low as λ/16, with an uncertainty of λ/30, were obtained for the entire LCoS-M, or of λ/33 for the disk that we used as the domain of the Zernike polynomials in the first method.