分层校正自适应光学等晕区计算

在回顾单层模型与多层模型的基础上,首次导出按适当准则分层的大气等晕角普适表达式,并将贝克先前的结果作为一种特例包括在内.     

基于模糊控制的自适应光学校正技术

自适应光学中普遍采用的比例-积分-微分(PID)控制严格依赖于变形镜的响应模型,响应模型的标定非常繁琐且性能容易随时间和温度而漂移.采用模糊控制摆脱了对变形镜响应模型的依赖,通过波面的快速重构,从波面中提取波面评价指标,将该评价指标及其微分作为模糊PID控制器的输入.选择模糊输入和输出论域的隶属度函数,设计出模糊规则库,通过模糊推理、解模糊等过程,对PID控制器的3个参数即比例kp、积分ki和微分kd进行模糊自整定,实现了自适应控制.采用高速数字信号处理器(DSP)设计了硬件验证测试平台,通过该平台的测试,证明该方法有效可行,在不需要变形镜响应矩阵的前提下,能够将光斑的衍射极限倍增因子β值从10—12校正到3—4,与传统的PID控制基本一致,但稳定性更好.因无需标定,故降低了变形镜的安装要求.     

自适应光学系统对实际大气湍流波前的时域校正效果

引入时域校正因子（系统团环校正波前残余误差与系统开环时的湍流波前扰动误差之比）和系统测量信噪比,分析了自适应光学系统对实际大气湍流扰动的时域校正效果与湍流功率指数、湍流功率谱转折频率、系统测量信噪比、系统时间延迟以及系统闭环带宽的关系,并给出了系统的最佳闭环带宽。此外还分析了弱光61单元自适应学系统的时域校正效果。     

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.     

强湍流效应下不同信标波长的自适应光学校正

激光在大气中长距离传输时所产生的相位不连续点的数目与位置不仅与大气湍流和传输距离有关,而且与传输的激光波长有关。由于对主激光进行补偿的相位是从畸变的信标光场中获得的,当畸变光场中出现相位不连续点后,畸变光场的相位由连续相位部分和不连续相位部分组成,不连续相位部分直接与畸变光场中出现的相位不连续点的数密度和其所在的位置有关,一般情况下,主激光的波长与信标光的波长是不同的,因此当主激光的波长一定后,为了对不连续相位进行补偿,以便提高强湍流效应条件下的自适应光学校正能力,必须要考虑合作信标的波长。计算结果表明,考虑了不连续相位的影响后,虽然对主激光的校正效果有所改善,但对不同波长的信标改善的效果并不相同,只有信标光波长稍长于主激光的波长时,校正效果才有明显的改善。     

自适应光学控制系统的有效带宽分析

分析了自适应光学控制系统中闭环带宽和对湍流校正的有效带宽的关系，比较了采用比例积分控制和纯滞后补偿控制的自适应光学控制系统的带宽。分析结果认为自适应光学控制系统应当具有较高的有效带宽。较低的闭环带宽，系统中的时间延迟是限制自适应光学控制系统有效带宽的主要因素。     

高分辨率空间光学遥感器波像差的无波前传感器自适应光学校正

高分辨率空间光学遥感器在轨工作时,由于受到各种因素的影响,无法清晰成像,目前多采用自适应光学方法与技术进行校正.传统自适应光学系统体积较大,结构复杂,难以应用于高分辨率空间光学系统的在轨校正.无波前传感器自适应光学系统去除了传统自适应光学中的波前传感器,大大简化了系统结构,具有体积小、易于实现等优势,特别适用于高分辨率...     

大气湍流的分层结构及自适应光学共轭校正

近期观察表明，在很多情况下，大气湍流主要集中在几个薄层中。将这些薄层用相位屏近似，由它们所引起的波前畸变可用分层共轭自适应光学系统进行补偿，从而使等晕角大大增加。本文对理论结果和实际的限制因素进行了较详细的讨论。     

用于自适应光学视网膜成像的平场校正方法研究

采取平场校正的方法消除薄型背照式电荷耦合器件(CCD)相机在对视网膜细胞成像时由于多光束干涉效应在输出图像上产生了干涉条纹.在分析CCD芯片多光束干涉效应产生机理的基础上,根据视网膜细胞成像的特点,提出将未进行像差补偿的视网膜图像作为平场校正的参考图像对像差补偿之后的图像进行校正,解决了标准反射率白板图像作为平场校正参...     

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     

分层校正自适应光学系统相位层析技术

假定大气湍流集中在两薄层内，借助分层大气相关长度与整个大气层相关长度的关系，给出待求相位分布与测量结果相关的超定方程组，进而构造残差方程组，并按最小二乘法原理导出正则方程组，通过求解这组正则方程，首次得到原超定方程组的最小二乘解。     

大气闪烁对自适应光学校正的影响

激光在大气湍流中长距离近水平传输时,闪烁加强,限制了常规自适应光学的校正能力。数值研究了大气闪烁对自适应光学校正的影响,拟合得到了在Fresnel数一定时,Strehl比与Rytov方差的表达式,以及Rytov方差一定时,Strehl比与Fresnel数的表达式。结果表明,在Rytov方差较小时,纯相位校正Ｓtrehl比只与Rytov方差有关;随着Rytov方差的增加,Strehl比不仅与Rytov方差有关,还与Fresnel数有关,Fresnel数越大,校正Strehl比越大;大发射和接收孔径有利于提高校正Strehl比;在一定的Rytov方差下,Stregl比随Fresnel数增大而增加,逐步趋于饱和,达到纯相位校正的极限。     

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     

Deformable mirrors based on piezoelectric unimorph microactuator array for adaptive optics correction

This paper describes a piezoelectric deformable mirror (DM) for adaptive optics (AO) applications, with a 100 μm thick silicon mirror driven by 61 unimorph microactuators. Measurement results show that the stroke of the DM is ~ 7.4 μm at 100 V, and the resonance frequency is at 18 kHz. To demonstrate the correction capability of the DM, low-order Zernike modes up to 14th term were reproduced. Furthermore, a close-loop correction of laser beam in a 633 nm helium-neon laser system was performed. After system aberrations being compensated, a focal spot approximate to Airy disk was achieved.     

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.     

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。     

微变形镜在自适应光学中的应用与发展

自适应光学系统主要用于校正由大气湍流等引起的波前畸变,经过半个多世纪的发展,自适应光学系统已经应用到了许多领域。传统自适应光学系统中的变形镜在许多情况下已经不能满足自适应光学新发展的需要。随着微制造技术的发展,用微制造技术制作的新型微变形镜大大提高了致动单元的集成度,简化了电源,提高了可靠性,降低了自适应光学系统的体积和造价。综述了微变形镜技术的发展情况及其在自适应光学中的应用,并且讨论了其发展前景。