无调制四棱锥波前传感器的光瞳像标定方法

四棱锥波前传感器具有空间采样率高和光能利用率高等优点。要准确地从光瞳像中提取待测波前的斜率信息,需要事先对光瞳像的尺寸和位置进行标定。分析了光瞳像尺寸标定误差和位置标定误差对自适应光学系统闭环校正效果的影响。提出了一种对无调制四棱锥波前传感器光瞳像进行标定的方法,并在考虑系统像差和探测噪声的条件下对该方法进行了多次仿真实验验证。分析结果表明,即使系统存在像差(均方根小于1.7λ),该方法仍可以对光瞳像的尺寸和位置进行准确标定。该方法可应用于实际自适应光学系统。     

基于混合解包裹的正六边形拼接光瞳相位恢复算法研究

相位恢复法是一种利用多个离焦面光强分布采用基于傅里叶变换的迭代变换恢复瞳面相位分布的波前传感方法。采用改进的傅里叶迭代变换算法,当波前传感范围超过1个波长时,需要在迭代过程中采用相位解包裹算法。针对18块正六边形拼接的复杂光瞳,提出采用路径无关和最小二乘相结合的混合相位解包裹算法,提高了波前传感精度和动态范围。通过仿真比较了所提方法与单独采用一种相位解包裹方法时的波前传感性能,分析了所提方法的动态范围及噪声对算法精度的影响。仿真结果表明,当波前PV值为3.5λ时,算法的精度为λ/43;当噪声RMS值为10(图像为12Bit量化)时,算法的精度优于λ/40。     

复杂光瞳波前相位恢复算法与实验验证

由美国喷气推进实验室提出的MGS(modified G-S)算法,是一种基于迭代FFT变换的相位恢复波前传感方法.其中,多离焦面的使用保证算法迭代解具有唯一性,多种相位解包裹方法的引入使得算法既有很高的传感精度又有可观的传感动态范围.但当传感非连通域复杂光瞳时,由于受瞳内遮挡区域的伪包裹相位值影响,路径无关型解包裹算法失效,从而导致MGS算法迭代失败.为此首先对MGS算法做了进一步细节优化,在此基础上设计出一套普适于非连通域复杂光瞳的路径无关型解包裹算法流程,它能根据光瞳实际遮挡排布自适应设定最优解包裹步骤和路径.通过搭建实验光路,验证了该解包裹算法的町行性,并结合干涉测量对改进MGS算法在非连通域复杂光瞳中的波前传感精度做了初步标定.     

激光束畸变波前高频相位的恢复效果分析

运用逐次逼近迭代法恢复近场畸变波前的高频相位,定量分析了高频相位恢复效果与滤波器截止频率之间的关系,并进一步讨论了近场和远场光强噪声扰动对恢复效果的影响。研究结果表明:随着滤波器截止频率的增大,即对近场波前相位探测器要求的提高,逐次逼近迭代法的高频相位恢复效果会越来越好。此外,高频相位恢复效果随近场或远场光强噪声扰动的增大而变差,其中,近场光强噪声扰动对恢复效果的影响相对较小,而远场光强噪声扰动对恢复效果的影响则明显得多。在实际工作中,为了获得较好的近场高频相位的恢复效果,不仅需要合理地对近场低频相位测量提出要求,而且还必须尽可能减小光强分布测量的误差,特别是尽量减小远场噪声光强的影响。     

光学系统象差的实时补偿

本文讨论了以适当光瞳函数来补偿光学系统象差的可能性,指出这是希尔伯特空间中的泛函极小化问题,得到了使波差方差极小解的一般形式,特别研究了以环状位相光瞳补偿对称象差的效果,并以S.D值作判据,用求总极值的方法确定滤波器的各个参数,并以MTF的观点对几种情况作了比较和讨论。     

一种基于瞳面相位差的波前传感器相位恢复

根据瞳面相位差波前传感器的特点,提出把模式分解和随机并行梯度下降算法结合起来实现波前相位的恢复.以32单元变形镜的初始面形和Roddier提出的相位生成方法随机产生的一帧相屏为研究对象,分析所提出的相位恢复算法的性能.结果表明,两种情况下的畸变波前都得到了很好的恢复.当像差仅含有低阶成分时,使用模式分解法就可获得令人满...     

一种基于图像融合和卷积神经网络的相位恢复方法

相位恢复法利用光波传输中某一(或某些)截面上的光强分布来传感系统波前,其结构简单,不易受震动及环境干扰,被广泛应用于光学遥感和像差检测等领域.传统相位恢复法采用迭代计算,很难满足实时性要求,且在一定程度上依赖于迭代转换或迭代优化初值.为克服上述问题,本文提出了一种基于卷积神经网络的相位恢复方法,该方法采用基于小波变换的图像融合技术对焦面和离焦面图像进行融合处理,可在不损失图像信息的同时简化卷积神经网络的输入.网络模型训练完成后可依据输入的融合图像直接输出表征波前相位的4-9阶Zernike系数,且波前传感精度均方根(root-mean-square,RMS)可达0.015λ,λ=632.8 nm.研究了噪声、离焦量误差和图像采样分辨率等因素对波前传感精度的影响,验证了该方法对噪声具有一定鲁棒性,相对离焦量误差在7.5%内时,波前传感精度RMS仍可达0.05λ,且随着图像采样分辨率的提升,波前传感精度有所改善,但训练时间成本随之增加.此外,分析了实际应用中,当系统像差阶数与网络训练阶数略有差异时,本方法所能实现的传感精度,并给出了解决方案.     

非对称三区光瞳滤波器实现一维横向超分辨

基于严格的光学成像矢量衍射理论,以4倍缩小倍率的成像系统和x线偏振光照明为例,得到经光瞳滤波器调制的大数值孔径光学系统焦区横向场表达式.通过详细研究非对称三区复振幅型光瞳滤波器的内外环归一化半径、各环相位分布和第一层透过率t对y方向分辨率增益比Gty,斯特尔比Sy和第一旁瓣与主瓣相对强度Iry的影响.设计了一种非对称三区相位型光瞳滤波器,实现Gty=0.8345,Sy=0.4087,Iry=0.4923,使得y方向分辨率比没有加光瞳滤波器时提高了将近20%.     

一种液晶相控阵中基于迭代的相位恢复算法

在液晶相控阵中,由于电压量化、边缘效应、液晶器件制造工艺等因素的影响,导致实际的波前相位面与理想的波阵面存在误差。因此,在应用中要依据实际出射相位与理想出射相位的偏差,反复地修正加载电压,对入射激光波前进行相位调制,以此来满足视场域内波束扫描的需要,这也是液晶相控阵波束控制技术研究的关键问题。为解决上述问题,提出了一种波前相位恢复算法。该算法利用三个输出面的幅度信息迭代计算出波前相位分布,相比只用两个输出面幅度信息的相位恢复算法,该算法具有较高的精确度。同时,该算法利用角谱理论处理输出面的光场传播过程,使得所得到的恢复结果更加精确。仿真实验进一步表明,这种算法在精确度、效率上同时具有优势。     

三区复振幅光瞳滤波器

利用光瞳滤波器来改变光在焦斑处的分布,是实现光学超分辨的有效途径。由于受到制作上的影响,现有的光瞳滤波器大都是纯相位型或者纯振幅型的。与纯相位或者纯振幅型光瞳滤波器相比较,复振幅型光瞳滤波器能够实现更好的滤波效果。不过由于制作上的困难,影响了复振幅的光瞳滤波器在实际中的应用。为此给出了一种相对容易实现的复振幅型光瞳滤波器,通过计算表明：在横向具有相同的第一零点比和斯特雷尔比下,该复振幅型光瞳滤波器的旁斑强度比优于纯相位型光瞳滤波器50％,并且有效地降低了纯相位型光瞳滤波器的轴向加宽。