自适应光学系统中的自适应控制算法研究

介绍和分析了一种在自适应光学系统中实用的自适应控制算法。与经典控制算法相比 ,自适应控制算法调整方便 ,综合考虑了大气湍流扰动和探测噪声等对系统控制效果的影响 ,控制参数能适应工作环境的变化 ,使系统达到最优控制状态。以 6 1单元自适应光学系统上实现的自适应控制算法为例 ,用经典控制理论的波德 (Bode)图、控制带宽等概念分析了这种算法的特点 ,并针对算法在实际系统应用中遇到的问题提出了解决的办法     

All-fiber ring-cavity based frequency swept laser source for frequency domain OCT

<正>We develop a high-speed tunable,quasi-continuous-wave laser source for frequency domain(FD) optical coherence tomography(OCT).The laser resonance is realized within a unidirectional all-fiber ring cavity consisting of a fiber coupler,two fiber isolators,a semiconductor optical amplifier(SOA),and a fiber FabryPerot tunable filter(FFP-TF) for frequency tuning.Light output from the coupler is further amplified and spectral shaped by a booster SOA terminated at both ends with two isolators.The developed laser source provides up to 8000 sweeps per second over a full-width wavelength tuning range of 120 nm at center wavelength of 1320 nm with an average power of 9 mW,yielding an axial resolution of 13.6μm in air and a maximum sensitivity of about 112 dB for OCT imaging.The instantaneous linewidth is about 0.08 nm,enabling OCT imaging over an axial range of 3.4 mm in air.For optimization consideration based on this custom-built swept laser,experimental study on imaging quality relevant parameters of the swept laser with sine and ramp driving waveforms to the FFP-TF is conducted,and investigation of the swept laser on the cavity length is done.Implementing the laser source in our established swept source based OCT(SS-OCT) system,real-time structural imaging of biological tissue is demonstrated.     

An adaptive laser beam shaping technique based on a genetic algorithm

A new adaptive beam intensity shaping technique based on the combination of a 19-element piezo-electricity deformable mirror(DM)and a global genetic algorithm is presented.This technique can adaptively adjust the voltages of the 19 actuators on the DM to reduce the difference between the target beam shape and the actual beam shape.Numerical simulations and experimental results show that within the stroke range of the DM,this technique can be well used to create the given beam intensity profiles on the focal plane.     

相位畸变光束二次谐波的相位变化

研究了基波相位畸变对二次谐波相位分布的影响。针对具有不同像差、而光强分布为高斯型光束，以KDP晶体I类匹配为例，数值计算得到其二次谐波光束的光强分布和相位分布，分析了基波的像差、离散效率以及衍射效应的影响效果。研究表明不同的像差对于谐波的影响是不同的，主要取决于由其引起的全口径上相位失配的情况；离散效应主要带来的是倾斜像差，其高阶像差的影响随着离散效应的加剧而增大；而衍射效应的影响在一般情况下都是可忽略的。最后给出了在离散效应和衍射效应的影响可以忽略的情况下，基波相位畸变对二次谐波影响的近似估算式。     

超分辨率活体人眼视网膜共焦扫描成像系统

活体人眼共焦扫描成像系统的分辨率受到人眼像差、数值孔径和探测针孔尺度的限制,本文设计了一套超分辨活体人眼视网膜共焦扫描系统,采用自适应光学技术探测并校正人眼像差,结合光学超分辨技术提高系统分辨率,补偿有限尺度针孔对分辨率的影响,并获得活体人眼的实时、高分辨图像. 关键词： 超分辨 共焦扫描光学显微术 眼科光学 自适应光学     

点目标成像自适应光学随机并行梯度下降算法性能指标与收敛速度

在自适应光学中,随机并行梯度下降(SPGD)算法通过对系统的性能指标直接优化从而校正波前像差,具有很强的应用潜力.在点目标成像自适应光学系统中,SPGD算法经常采用强度分布平方和、平均半径和环围能量作为系统的性能指标进行优化.利用数值仿真分析了三种性能指标与畸变波前的均方根之间的关系.建立了一套实验平台,通过静态波前畸变校正实验,分析了SPGD算法采用以上三种不同的性能指标时的校正效果.实验结果与前面的数值仿真结果一致,表明SPGD取平均半径作为性能指标进行优化时效果较好.实验还分析了控制通道数目对收敛速度的影响.结果表明随着控制通道数目的增加性能指标曲线收敛所需的迭代次数显著增加,与驱动器个数的平方根之间存在一个近似的线性关系.     

纯相位液晶空间光调制器拟合泽尼克像差性能分析

纯相位液晶空间光调制器作为波前校正器构成的高分辨率、低能耗、价格低廉、易于控制的自适应光学系统受到越来越多的关注.作为一种新型波前校正器件,它对波前像差的校正能力是反映其在自适应光学系统中应用的一个重要的指标,因此有必要仔细地研究它对各种像差的校正能力,以确定其可能的应用范围.波前校正器对各阶泽尼克像差的拟合效果有效地反映了该器件对不同像差的校正能力.利用256×256像素的纯相位液晶空间光调制器(LC-SLM)产生不同系数的前36项泽尼克像差分析LC-SLM对不同像差的校正能力.讨论了填充因子、离散像素 关键词： 液晶空间光调制器 相位调制 自适应光学 泽尼克多项式     

线性相位反演传感器与哈特曼传感器的实验研究对比

为了进一步分析线性相位反演波前传感器的性能,搭建了基于线性相位反演测量方法的波前传感器的实验装置.针对各种波前随机像差,同时用线性相位波前传感器和哈特曼波前传感器进行测量和复原,将复原结果进行对比.分析了不同的探测分辨力和不同泽尼克复原阶数对线性相位反演传感器复原结果的影响.分析了靶面分辨力,合理的靶面大小对复原精度是有利的,肯定了线性相位反演波前传感器可以用较少的探测单元实现相似精度的测量,采样靶面像素为8 pixel×8 pixel时,误差系数仍很小.利用对随机像差片进行不同阶数的复原,线性相位反演波前传感器的复原残差的误差率基本都在0.25以下,能对前35阶像差进行比较精确的复原.     

自适应光学系统控制效果分析的功率谱方法

 用H-S 波前探测器得到校正前后波前相位时间功率谱, 分析了自适应光学控制系统对大气湍流扰动波前的时域校正效果。用这种方法比较了61单元自适应光学系统分别采用P-I 控制算法和Smith 纯滞后补偿控制算法对实际大气湍流扰动波前进行补偿实验时的校正效果。     

Combinational-deformable-mirror adaptive optics system for compensation of high-order modes of wavefront

A new kind of adaptive optics(AO)system,in which several low spatial frequency deformable mirrors (DMs)with optical conjugation relationship are combined to correct high-order aberrations,is proposed. The phase compensation principle and the control method of the combinational AO system are introduced. The numerical simulations for the AO system with two 60-element DMs are presented.The results indicate that the combinational DM in the AO system can correct different aberrations effectively as one single DM with more actuators,and there is no change of control method.This technique can be applied to a large telescope AO system to improve the spatial compensation capability for wavefront by using current DM.