自参考干涉波前传感器中针孔直径对闭环自适应光学系统校正精度的影响

使用自参考干涉波前传感器(SRIWFS)进行波前的绝对测量时,为了获得近似平面波前的参考波,针孔直径应该不大于无畸变光学系统艾里斑直径(d_A)的一半,然而这必将导致光能利用率的严重下降.为了最大程度地提高光能利用率并改善干涉条纹的对比度,研究了SRIWFS应用于闭环校正中时所允许的最大针孔直径,这将在闭环开始阶段尤为重要.数值模拟和实验表明,直径不大于1.5d_A的针孔可以获得满意的校正结果,校正后远场斯特列尔比高于80％;同时光能 关键词： 自适应光学 自参考干涉波前传感器 针孔直径 闭环校正     

基于自适应光学技术控制光束近场场强

在双变形镜自适应光学系统中,需要主激光出射时与信标光的振幅分布一致、相位共轭,当主激光到达目标时光波的分布与目标上发射的信标光光波分布相同,主激光的振幅和相位都得到校正。根据双变形镜自适应光学技术的概念,提出一种基于自适应光学技术控制光束近场场强的方法,从而实验验证双变形镜技术的可行性。该方法利用哈特曼传感器探测到的波前信息,对变形镜进行控制,实现了对光束近场场强的控制。仿真结果表明该系统对光束近场强度能进行较好地校正,使校正前后光束振幅的残余均方差值从0.310 0降为0.052 2,同时实验也验证了这种方法的可行性。     

自适应光学系统倾斜校正回路的最优闭环带宽

基于实际自适应光学系统倾斜校正回路最常使用的比例积分控制器,分析了最优闭环带宽与大气湍流、测量噪声之间的关系.利用满足Kolmogorov湍流整体倾斜功率谱密度的时间序列进行了相关的数值仿真.结果表明,根据不同湍流强度及测量噪声选择合适的闭环带宽,可以充分发挥自适应光学系统倾斜校正回路的闭环校正能力,减小闭环残差.     

快速傅里叶算法在哈特曼夏克传感器波前重构算法中的应用

提出了一种应用快速傅里叶变换算法提高哈特曼－夏克波前传感器波前重构实时性的快速算法，在根据波前斜率值应用最小二乘法估计波前相位的过程中，应用快速傅里叶变换算法进行方程的对角化和相位值的解耗，算法精站度，稳定，空间分辨率越高，算法实时性的优越性就越显著。     

自适应光学曲率波前传感器的衍射理论及其方案分析

曲率波前传感器是自适应光学中的一种很有前途的新型波前传感器。在对衍射理论和几何光学进行近似的基础上,研究了曲率波前传感器的理论分析方法,分析了曲率波前传感器的光学方案和信号获取方法。结果表明,从曲率传感器输出的信号经放大后可直接作为力或弯曲力矩施加到反射镜上,而不需要任何复杂的计算。变形镜可自动地向满足泊松方程的表面形状会聚。利用曲率传感器与双压电晶片反射镜的结合,有望获得一种低价、快速闭环控制的系统。     

激光导星自适应光学系统一阶理论模型

激光导星可以部分解决自适应光学系统信标难题。给出典型激光导星自适应光学系统主要误差空间功率谱的简化计算模型。与常用的Monte-Carlo类型的模拟相比,该模型提供了激光导星自适应光学系统性能随主要控制参数变化的一种快速有效的评估手段。     

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。

     

湍流对地-空光通信系统性能的影响及自适应光学补偿

空间通信在地 空通信中具有广阔的应用前景。大气湍流引起的相位噪声会严重地影响系统的性能,而自适应光学补偿可使问题得到很好的解决。分析了湍流引起的相位噪声问题,并以Hufnagel湍流模型为例,借助结构函数的概念对这一噪声进行了计算。论证了自适应光学补偿方案。     

Optimization of the transmitted wavefront for the infrared adaptive optics system

The adaptive optics system for the second-generation Very Large Telescope-interferometer(VLTI)instrument GRAVITY consists of a novel cryogenic near-infrared wavefront sensor to be installed at each of the four unit telescopes of the Very Large Telescope(VLT).Feeding the GRAVITY wavefront sensor with light in the 1.4–2.4μm band,while suppressing laser light originating from the GRAVITY metrology system requires custom-built optical componets.In this paper,we present the development of a quantitative near-infraredpoint diffraction interferometric characterization technique,which allows measuring the transmitted wavefront error of the silicon entrance windows of the wavefront sensor cryostat.The technique can be readily applied to quantitative phase measurements in the near-infrared regime.Moreover,by employing a slightly off-axis optical setup,the proposed method can optimize the required spatial resolution and enable real time measurement capabilities.The feasibility of the proposed setup is demonstrated,followed by a theoretical analysis and experimental results.Our experimental results show that the phase error repeatability in the nanometer regime can be achieved.     

自适应光学的时域部分校正

导出闭环伺服系统采用ＲＣ滤波器的自适应光学望远镜的带宽表达式，对风速不随高度变化及赝风速度在所有高度上都超过自然风速这两种重要的特殊情况，讨论了系统带宽与校正后剩余波前方差或斯特列尔比（ＳＲ）之间的关系。结果表明，对前一种情况，几十至一百Ｈｚ的带宽已足够；而对后一种情况，也许需要数百乃至上千Ｈｚ的带宽。     

Adaptive optics fundus camera using a liquid crystal phase modulator

We have developed an adaptive optics (AO) fundus camera to obtain high resolution retinal images of eyes. We use a liquid crystal phase modulator to compensate the aberrations of the eye for better resolution and better contrast in the images. The liquid crystal phase modulator has a wider dynamic range to compensate aberrations than most mechanical deformable mirrors and its linear phase generation makes it easy to follow eye movements. The wavefront aberration was measured in real time with a sampling rate of 10 Hz and the closed loop system was operated at around 2 Hz. We developed software tools to align consecutively obtained images. From our experiments with three eyes, the aberrations of normal eyes were reduced to less than 0.1 μm (RMS) in less than three seconds by the liquid crystal phase modulator. We confirmed that this method was adequate for measuring eyes with large aberrations including keratoconic eyes. Finally, using the liquid crystal phase modulator, high resolution images of retinas could be obtained.     

Performance of software-based solar adaptive optics system

This paper reports the performance of our modified adaptive optics system for solar observations. This system operates at a frame rate of about 400 Hz and has the closed-loop cutoff frequency at 105 Hz. The results of the laboratory experiments show that this system compensates for a temporal wavefront-variation of less than 99 Hz and improves the Strehl ratio by a factor of five.     

基于自适应光学技术控制光束近场场强

在双变形镜自适应光学系统中,需要主激光出射时与信标光的振幅分布一致、相位共轭,当主激光到达目标时光波的分布与目标上发射的信标光光波分布相同,主激光的振幅和相位都得到校正。根据双变形镜自适应光学技术的概念,提出一种基于自适应光学技术控制光束近场场强的方法,从而实验验证双变形镜技术的可行性。该方法利用哈特曼传感器探测到的波前信息,对变形镜进行控制,实现了对光束近场场强的控制。仿真结果表明该系统对光束近场强度能进行较好地校正,使校正前后光束振幅的残余均方差值从0.310 0降为0.052 2,同时实验也验证了这种方法的可行性。     

液晶自适应光学视网膜校正成像技术研究

为了实现对人眼视网膜的高分辨率成像,解决偏振能量损失、成像视场小和普适性差等问题,对液晶自适应光学技术及其在人眼视网膜成像中的应用进行了研究。通过开环光路的设计方案,避免了闭环液晶自适应系统的偏振光能量损失;在光路中加入可变视场光阑,利用小视场照明进行波前探测、大视场照明进行像差校正和成像的方法扩大了成像视场;使用脉冲光照明的方案减小曝光量;通过偏振光照明提高能量利用率、等效无穷远视标配合补偿镜以及改进后的视标提高盯视稳定性等一系列方法,提高系统普适性。校正后成像的清晰度和对比度获得了明显提高;高分辨率眼底成像视场直径从200 μm扩大到500 μm;曝光量减小到原来的1/2~1/3;对前期难以获得清晰成像的样本,取得了效果良好的视网膜视觉细胞自适应图像。     

自适应光学波面传感器的研究

在讨论几种波面传感器的基础上,介绍了一种新型的自适应光学波面传感器。实验结果表明,软刀口型波面传感器具有良好的实际应用前景。给出了它的工作原理,并介绍了各种传感器的优点。     

ICF系统全光路像差测量与校正方法

介绍一种新的像差探测方法,该方法能够探测整个惯性约束聚变（ICF）光学系统的像差。驱动变形镜调制各种不同的像差加入ICF光学系统,从而导致远场的焦斑变化,此时将CCD放置到远场探测焦斑强度,同时采用哈特曼-夏克波前传感器在近场探测系统像差变化量。根据不同的系统像差变化量以及与其对应的远场强度,利用改进的相位反演算法可以计算出整个光学系统的像差。数值模拟表明,该方法可以测量并校正整个ICF系统的光学像差。     

自适应光学进展及展望

1953年Babcock首先提出自适应光学的概念,近四十年来自适应光学在理论、系统及单元技术研究方面取得突出进展,正步入成熟应用期,当今世界上任何大型光学系统的研究均离不开自适应光学的支持,其应用范围正向各个门类的光学仪器扩展。     

一种适于自适应光学的旋转软刀口波面传感器的研究

利用傅里叶光学理论,证明了一种新型波面传感器——旋转软刀口波面传感器的概念.在经典刀口法的刀口区,以渐变透过率代替突变透过率函数,在光瞳象面上可获得反映光瞳面位置待测波面位相梯度及位相梯度方向的调制信号.文中给出了实验结果和讨论.     

自适应光学系统的带宽及稳定性

自适应光学系统的带宽及稳定性与 Hartmann- Shack波前传感器的积分时间τs、信号采集与处理时间τd 及环路增益 g有关。自适应光学系统的校正带宽约为 1/ (10τs) ,τd及 g对系统带宽有一定影响 ;系统对于 1/ (2 0τs)以下频率范围内的扰动具有较好的拟制效果 ;τd ≥τs时 ,系统不稳定 ,减小 g可使系统稳定     

Configuration optimization of laser guide stars and wavefront correctors for multi-conjugation adaptive optics

Multi-conjugation adaptive optics(MCAOs) have been investigated and used in the large aperture optical telescopes for high-resolution imaging with large field of view(FOV).The atmospheric tomographic phase reconstruction and projection of three-dimensional turbulence volume onto wavefront correctors,such as deformable mirrors(DMs) or liquid crystal wavefront correctors(LCWCs),is a very important step in the data processing of an MCAO's controller.In this paper,a method according to the wavefront reconstruction performance of MCAO is presented to evaluate the optimized configuration of multi laser guide stars(LGSs) and the reasonable conjugation heights of LCWCs.Analytical formulations are derived for the different configurations and are used to generate optimized parameters for MCAO.Several examples are given to demonstrate our LGSs configuration optimization method.Compared with traditional methods,our method has minimum wavefront tomographic error,which will be helpful to get higher imaging resolution at large FOV in MCAO.