弱光波前传感器质心计算的新方法

 研究了Shack Hartmann波前传感器质心计算的新方法,即最小二乘高斯拟合方法。分析了Shack-Hartmann波前传感器采用一阶矩质心计算位置方法对光斑强度的敏感性,与最小二乘高斯拟合方法进行了比较,并对Shack Hartmann波前传感器的子孔径波前斜率探测的正确性进行了分析。最后的计算结果表明最小二乘高斯拟合法计算子孔径光斑的质心位置可以减小质心探测的误差。     

自适应光学中扩展信标波前探测的研究与实验

讨论了一种基于Hartmann Shack (H S)传感器的扩展信标相关波前探测方法。通过在传统H S探测光路的物平面上加入视场光阑消除了子孔径像斑的重叠问题 ,并利用一种快速相关算法计算各像斑的相对位移 ,进而得到各子孔径波前的相对斜率。光学实验研究证实了该相关波前探测方法能够较精确地测算出波前像差 ,从而使目前使用最多的H S传感器具有扩展信标波前探测能力     

利用Offner光学系统进行图像恢复和光学检测

设计了一种Offner光学系统,用于基于相位差异技术的图像恢复和光学系统波像差的辅助检测。该Offner光学系统采用同轴抛物面反射镜作为Offner反射镜,以高速CCD相机和Shack—Hartmann波前探测器作为接收元件,能完好地消除复色光源在图像恢复过程中带来的色差;设计的RMS波像差小于a／50（A=632．8nm）,结构简单,容易实现。利用该系统分别以分辨率板和光纤光源为目标进行了图像恢复实验,经过恢复后的图像分辨率提高了19％。此外,利用该系统,采用相位差异算法解算了系统波像差,并与Shack—Hartmann波前探测器的测量结果进行了比较。比较显示两者的RMS波像差测量值相差5％,证明该系统同样能够进行光学波前检测。     

一种提高HWS采样率的透镜式微扫描方法

为改善传统哈特曼-夏克波前传感器对待测波前采样不足的缺点,对哈特曼-夏克波前传感器和微扫描进行了分析,提出一种提高哈特曼-夏克波前传感器采样率的透镜式微扫描方法。通过在微透镜阵列之前加入由PZT驱动的透镜扫描装置,对CCD采集的光斑分布情况进行高分辨率微扫描图像重建,通过对重建后的光斑分布进行波前重构,提高了哈特曼波前传感器对待测波前的采样率。通过对比实验验证,波前复原精度提高了41%,可以有效提高哈特曼传感器对波前探测的精度。     

基于已知球面波前的Hartmann-Shack传感器结构参量标定

微透镜阵列到CCD的距离是影响Hartmann-Shack波前探测器精度的主要装配误差之一。对该平移装配误差的修正,能够有效减小波前探测误差。理论求解了球面波前通过微透镜引起的子孔径光斑质心移动量与波前探测器结构参数之间的关系,借助该关系能够求出微透镜到CCD之间的实际距离,以其改进波前斜率的计算。实验验证了理论推导的合理性,并对实际装配参数进行标定,得实际距离为24.2 mm。利用标定后的参数重建波前,其相对误差减小20.4%。实验表明该标定方法能够有效提高波前传感器测量准确性。     

剪切干涉仪与Hartmann的波前复原比较

 对横向剪切干涉仪和Hartmann波前传感器的波前探测和复原进行了类比推导和仿真计算。结果表明,在相同输入波前,相同探测面元,相同拟合函数及阶数的情况下,横向剪切干涉仪的波前复原能力比Hartmann波前传感器强。主要原因是前者对波前的间接采样所包含的波前信息大于后者,并且前者比较容易增大对波前的采样。     

基于本征正交分解函数的波前动态高分辨率重构

 应用Hartmann波前传感器测量了准直平行光通过低速热射流后的畸变波前时间序列，对该时间序列进行本征正交分解得到系列本征函数和时间系数，对本征函数进行双线性插值处理得到未布置探测器处的本征函数值，新本征函数与时间系数相乘从而获得未布置探测器处的波前数据。在时域和频域比较了波前预测值与实际值，结果表明了该插值方法的有效性，从而实现对波前的高时间、高空间分辨率测量。     

衍射微透镜列阵在Shack-Hartmann波前传感器中的应用

菲涅耳衍射微透镜列阵是目前广泛应用的衍射光学元件之一,它是基于衍射原理,由计算机设计,并通过微细加工技术制作成的.本文介绍了8相位台阶菲涅耳衍射微透镜列阵的制作方法,并描述了一个用16×16微透镜列阵形成的小型 Shack-Hartmann 波前传感实验系统,用该系统可对入射波前进行测量和重建.     

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。     

衍射微透镜列阵的研究与应用

本文研究了衍射微透镜列阵的设计与制作工艺方法，在此基础上研制出一系列衍射微透镜列阵，衍射效率均大于８５％，在深紫外、可见及红外波前传感器中得到了成功应用。     

两种M~2因子实验测量方法的比较

为了从实验上分析和验证H-S传感器测量M2因子方法,对使用双曲线拟合法测量M2因子和H-S传感器测量M2因子做了详细的实验研究,且对实验结果、实验误差进行了比较与分析。研究表明:当H-S波前传感器透镜组足够多,重构误差较小,选取合适的泽尼克多项式阶数时,H-S波前传感器一次测量法得到的光束的M2因子与传统方法测得的M2因子值基本相当。与双曲线拟合法相比,H-S传感器法适用范围小,但是当满足测量条件时,H-S传感器法更便捷。     

Hartmann-Shack传感器组装误差分析

 分析了Hartmann-Shack传感器组装误差的种类，导出了旋转误差和倾斜误差的校正矩阵，在进行波前重构时乘以校正矩阵可以校正对应的组装误差。分析了两种由于组装误差导致的波前重构的相对误差的公式，并以含52个子孔径的圆形Hartmann-Shack传感器为例进行了数值模拟。研究结果表明：若不对两种组装误差进行校正，将会限制Hartmann-Shack传感器测量精度的进一步提高。为Hartmann-Shack传感器的装配提供了理论依据。     

Three-dimensional spatiotemporal pulse characterization with an acousto-optic pulse shaper and a Hartmann-Shack wavefront sensor

We demonstrate a simplified arrangement for spatiotemporal ultrashort pulse characterization called Hartmann-Shack assisted, multidimensional, shaper-based technique for electric-field reconstruction. It employs an acousto-optic pulse shaper in combination with a second-order nonlinear crystal and a Hartmann-Shack wavefront sensor. The shaper is used as a tunable bandpass filter, and the wavefronts and intensities of quasimonochromatic spectral slices of the pulse are obtained using the Hartmann-Shack wavefront sensor. The wavefronts and intensities of the spectral slices are related to one another using shaper-assisted frequency-resolved optical gating measurements, performed at particular points in the beam. This enables a three-dimensional reconstruction of the amplitude and phase of the pulse. We present some example pulse measurements and discuss the operating parameters of the device.     

原位成形光学微透镜的聚光性能研究

为解决荧光谱微检测系统中光学微透镜制作的困难,提出一种原位成形微透镜的制作方法,研究该微透镜的聚光性能,利用传统几何光学原理,分别推导出激发微透镜与检测微透镜的光线追迹方程,用该方程计算了2种微透镜的照射点分布几率,画出相应的分布曲线图,讨论了不同形状参数的微透镜对聚光性能的影响。研究结果表明,通过在光学胶中适当掺杂及打磨基底玻璃,可减小接触角,加大微透镜的形状参数,既能坚固透镜与基底间的粘接强度,又能提高微透镜的聚光本领。制作了使用原位成形光学微透镜的荧光谱微检测器,对生物荧光试剂进行了测试。实验结果表明,使用原位成形光学微透镜进行聚光,可使生物荧光谱强度提高4倍以上,通过在光学胶中掺杂以及打磨玻璃的办法,可以提高透镜的聚光本领约1.2倍。     

应用哈特曼-夏克波前传感器测量大气湍流参数

对非科尔莫戈罗夫（Kolmogorov）湍流情况,在利用哈特曼－夏克（Hartmann-Shack)波前传感器的波前斜率测量原理并结合其时空结构及相关分析的基础上,提出了一种应用斜率结构－相关函数和斜率归一化相关系数测量大气湍流参数β（归一化相位空间功率谱指数下降因子）和ρ0（大气湍流强度）的新方法。利用这种方法对1km激光水平大气传输实验数据进行了分析。     

Analysis on Shack–Hartmann wave-front sensor with Fourier optics

In Shack–Hartmann wavefront sensor (SHWS), the behavior of the irradiance pattern produced by the micro-lens array is important for an accurate centroid estimation. In this paper, the behavior of a micro-lens array in SHWS is analyzed using Fourier optics, and reveals that in addition to the main, expected spots, secondary spots with smaller intensities also appeared as a result of diffraction by the small dimensions of the micro-lens and interference from the different micro-lenses. This result is confirmed by comparing with a irradiance pattern taken from an actual SHWS. The additional error in centroid estimation caused by these secondary spots is discussed and relationship to the parameters of the micro-lens of SHWS is analyzed.     

测量噪声对波前重构精度的影响

 Hartmann-Shack波前传感器斜率测量误差是自适应光学系统中影响波前重构精度的一个主要误差来源。针对模式法波前重构算法,推导出了普遍适用的模式法波前重构误差传递系数计算公式;利用61单元自适应光学系统中的Hartmann-Shack波前传感器测量的斜率数据,验证了模式法波前重构误差传递系数计算公式的正确性。     

Aberro-polariscope for the human eye

We have developed an aberro-polariscope that simultaneously measures spatially resolved polarization properties and wave-front aberration in a living human eye. The setup consists of an infrared Hartmann-Shack sensor that incorporates a polariscope. A series of four Hartmann-Shack images corresponding to independent polarization states were recorded. The corresponding wave-front aberration was computed from each image. Moreover, from each set of four images spatially resolved (over the pupil plane) parameters of polarization were also determined. This instrument allows useful information on both the optical and the biomechanical properties of the eye to be obtained.     

Hartmann－Shack波前传感器的Fourier光学分析

Ｈａｒｔｍａｎｎ－Ｓｈａｃｋ波前传感器是自适应光学中几种重要的波前传感器之一。本文利用Ｆｏｕｒｉｅｒ光学方法分析研究了Ｈａｒｔｍａｎｎ－Ｓｈａｃｋ波前传感器的原理，导出了辐照度分布质心与子孔径波前倾斜的解析表达式，说明了辐照度分布质心及其算法的物理意义，总结了该传感器的若干重要特点。