模式偏置波前传感器理论模拟及实验验证

将模式偏置法与全息多重存储法波前传感器原理联系起来,通过研究模式偏置波前传感器的输出响应特性,间接得到全息模式波前传感器的运行规律。对模式偏置波前传感器进行理论分析与总结,并建立简化模型,针对若干阶Zernike像差,通过数值模拟对理论结果进行验证。模拟结果显示：传感器输出信号与各种类型待测像差系数有不同的变化关系,这与理论分析结果吻合。以散焦模式像差为例,利用两个相位型空间光调制器动态加载模式像差,分别在入射光波中引入待测像差和偏置像差,探测焦平面光斑强度变化。实验结果表明：以峰值光强作为焦平面光强分布的信息提取方式,进而得到正负偏置光斑的光强差和归一化光强差,这比在小孔光阑上进行积分更简单有效。     

偏置模式波前传感器光强信息提取及输出信号对比分析

在小像差近似下,对偏置模式波前传感器进行了理论分析,明确了该传感器的适用条件,对比分析了3种信息提取方式和3种传感器信号输出方式的优劣。针对Zernike像差模式,数值模拟研究了传感器对单阶和多阶模式的响应特性。结果表明,畸变波前中与偏置模式相同或相关的模式之间有响应,但传感器对各阶Zernike模式的响应灵敏度不同,而且不相关模式的存在对传感器输出信号和灵敏度均有影响。     

偏置模式波前传感器光强信息提取及输出信号对比分析

 在小像差近似下,对偏置模式波前传感器进行了理论分析,明确了该传感器的适用条件,对比分析了3种信息提取方式和3种传感器信号输出方式的优劣。针对Zernike像差模式,数值模拟研究了传感器对单阶和多阶模式的响应特性。结果表明,畸变波前中与偏置模式相同或相关的模式之间有响应,但传感器对各阶Zernike模式的响应灵敏度不同,而且不相关模式的存在对传感器输出信号和灵敏度均有影响。     

振幅型复合计算全息模式波前传感理论及验证

全息模式波前传感器是利用复合全息元件对待测波前中像差模式进行直接测量的一种新型波前传感器,其中的复合全息元件可编码设计多阶Zernike像差模式。提出一种有效方案以编码设计振幅型复合计算全息元件,该方案通过将多个编码有某阶Zernike像差模式的透过率调制扭曲光栅叠加产生振幅型计算全息元件。在小像差近似条件下推导了传感器输出信号与Zernike像差模式系数的解析关系。编码设计了振幅型复合全息图,并研究了其对单阶和多阶Zernike像差模式的探测性能。利用液晶光阀加载复合全息图进行了验证实验。所得实验结果与数值模拟结果基本一致。     

振幅型复合计算全息模式波前传感理论及验证

全息模式波前传感器是利用复合全息元件对待测波前中像差模式进行直接测量的一种新型波前传感器,其中的复合全息元件可编码设计多阶Zernike像差模式。提出一种有效方案以编码设计振幅型复合计算全息元件,该方案通过将多个编码有某阶Zernike像差模式的透过率调制扭曲光栅叠加产生振幅型计算全息元件。在小像差近似条件下推导了传感器输出信号与Zernike像差模式系数的解析关系。编码设计了振幅型复合全息图,并研究了其对单阶和多阶Zernike像差模式的探测性能。利用液晶光阀加载复合全息图进行了验证实验。所得实验结果与数值模拟结果基本一致。     

全息模式波前传感器中高阶衍射抑制方法研究

全息模式波前传感器(HWFS)是一种模式型的波前传感器,它利用多模复合的全息元件和位敏探测器来获得入射光中特定模式Zernike像差的强度.然而,多模复合全息元件中的光衍射过程通常会伴随着高阶衍射产生的干扰光.这些干扰光会分散激光能量,降低探测信噪比.提出一种通过引入强度调制的方法来消除由二元相位型全息元件衍射产生的干...     

相位光栅型曲率传感器的波前校正算法

针对相位光栅曲率传感器能够测量波前曲率在光瞳面上分布的特点,提出了一种采用整个空间分布的曲率信号来实现波前校正的算法。用曲率型变形镜影响函数的曲率信号在光瞳面上的分布来拟合待校正波前的曲率信号,采用最小二乘方法得到变形镜的控制电压,实现波前校正过程。数值模拟了一种41单元曲率型自适应光学系统采用该算法的波前校正过程。结果表明,对4至28阶Zernike像差体现了校正效果,对曲率为0的Zernike像差校正效果略好于曲率不为0的Zernike像差。与传统分区法的校正效果相比,整体法对Zernike像差的校正效果基本相当。整体法无需对光瞳面上的曲率信号进行与电极分布相同的分区,降低了对系统校准的要求。     

全息模式波前传感器的像差探测

利用标量衍射理论对全息模式波前传感器进行了深入分析,给出了传感器输出面的衍射场光强表达式,从而与模式偏置波前传感器理论统一起来。为了便于对全息模式波前传感器进行模拟,利用两共轭倾斜平面波代替倾斜聚焦球面波作为全息记录时的参考波,并在紧贴全息元件后放置聚焦透镜,从而建立全息模式波前传感器的等效模型。然后利用数值模拟方法对全息模式波前传感器的工作原理进行验证,结果表明全息模式波前传感器的灵敏度高、速度快。     

基于Shark-Hartmann理论的波前探测技术研究

精确的波前探测是反射镜面型检测及光束波前畸变测量的重要依据,论文根据Shark-Hartmann理论对波前探测技术进行了模拟和实验研究。将平行光经过球面透镜/柱面透镜后形成的球面波/柱面波作为探测波前。实验采用商用的微透镜阵列和CCD搭建Shark-Hartmann传感器,利用实际光束作为参考光,避免了参考光的不准直性对实验的影响。模拟计算结果表明平均曲率误差为13.423 mm,实验结果实现了对球面/柱面/倾斜波的探测及复原。     

用于扩展目标自适应光学校正的相关波前传感器的理论实验

研究了使用非相干、扩展光源的波前差测量技术，分析了使用强度透过率型像面掩模的扩展目标相关波前探测原理，讨论了模拟目标的选择问题，探讨了根据目标图像生成像面掩模图像、进而制作像掩模的方法，给出了所生成的像面掩模图像的典型结果，进行了以强度透过率型掩模为特征的单孔径扩展目标波前传感器的实验，比较了两种不同掩模的波前探测效果，获得了理论分析一致的实验结果。     

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     

基于H-S波前传感器的正支共焦腔调腔方法的研究

采用H-S波前传感器对于非稳腔进行了实验调腔技术研究,指出了正支共焦腔调腔的原则,以输出光束近场强度和相位分布这一双重依据作为谐振腔是否调好的标准。进行非稳腔调腔时,首先应当保证整个光路共光轴使输出强度分布均匀,但此时光束中可能还包含离焦等高阶像差,因此在腔外用Hartmann-Shack波前传感器进行光束相位测量,得到了35阶像差Zernike系数、波面PV和RMS值,进一步计算得到远场分布和环围能量曲线等。从而可以全面了解输出光束质量,并能有针对性地对光腔进行调整,从而达到较理想的光腔调整共轴状态。     

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。     

波荡器位相误差对自由电子激光

对波荡器位相误差对自由电子激光小信号增益的影响进行了分析讨论。对低增益情况解析地给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。结果表明:与自发辐射类似增益的降低与位相误差的方差成简单的指数关系，位相误差的线性变化部分引起最大增益的位移，还表明波荡器位相误差存在时Madey定理仍然成立。对高增益情况也给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。     

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。