波前曲率传感器的测量软件设计

波前曲率传感器是一类重要的波前测量装置。针对波前曲率传感器,在Visual Studio 2013平台下,基于OpenCV库函数和MFC库函数,利用C++语言开发了通用性较强的波前测量软件,实现了基于拉普拉斯算子本征模式法的波前在线测量和离线数据处理等功能。在此基础上,搭建了光栅型波前曲率传感器实验装置对该软件模块进行测试。通过与MATLAB波前复原结果进行对比,验证了该波前复原软件模块的准确性。模块化设计方法使得该软件模块具有良好的通用性和拓展性。     

自适应光学系统中的波前曲率传感技术

本文阐述了波前曲率传感技术的基本原理,分析了传统实现方案的优缺点;重点介绍了近年发展起来的的基于衍射光栅的渡前曲率传感器及其工作原理;对比分析了波前曲率传感器的两种相位恢复算法;介绍了波前曲率传感器的最新应用情况以及国内对波前曲率传感器研究和应用的最新进展.     

哈特曼波前传感器的应用

夏克—哈特曼（S－H）波前传感器可以用很高的采样频率同时测量出光场的相位分布和强度分布。它不仅作为波前传感器广泛地应用于自适应光学系统之中，而且还用于光学元件和光学系统的检测、激光光束质量诊断和大气扰动测量之中。我们研制了一系列S－H波前传感器。本文总结了这些传感器在不同领域的测量结果。     

高密度全场主动离焦三维测量的精度分析

向物体投射正交正弦光栅或正弦光栅,都能实现我们提出的高密度全场离焦三维测量,实验发现测量精度依赖于投射模式和物体毒面纹理。计算机模拟显示物体深度测量精度与物体纹理的调制度、频率和投射光栅方向有关。对各种纹理,正交正弦光栅投射的测量精度都高于正弦光栅投射的测量精度。在相同实验条件下,正交正弦光栅和正弦光栅投射的弱纹理表面的深度测量均方误差分别为0．18mm和0．25mm,较强纹理表面的均方误差为0．35ram和0．54mm。     

曲率探测的自适应光学Zernike模式的闭环校正

提出了一种更为简单的基于曲率探测的自适应光学闭环算法.首先,对算法的原理和闭环过程做了详细分析.然后,建立了一个自适应光学仿真模型,针对Kolmogorov特性的大气湍流相位畸变做了闭环校正.仿真结果表明,该闭环模型对大气湍流引起的波前畸变具有很高的校正精度.在此基础上,利用液晶空间光调制器作为波前校正器,搭建了相应的...     

一种基于Shack-Hartmann传感器的自适应波前重建算法

波前重建是自适应光学系统中的一个重要环节,对系统性能影响明显。研究了一种无参考输入光条件下,基于Shack-Hartmann波前传感器的自适应波前重建算法,能根据实际光斑图的特点,自动确定探测窗口、计算实际质心、参考质心、选择重建区域和获取入射波前的Zernike模式系数,讨论了参考质心选择对波前重建结果的影响。搭建自适应光学系统,通过测量和校正模拟大气像差对重建算法进行了验证。实验结果表明,基于该重建算法的自适应光学系统可以把大气扰动引起的波前像差校正到0.1 λ以下,获得接近衍射极限的成像质量,说明该重建算法具有可靠性与实用性。     

点源离焦图像位相复原方法

为了实现利用点源传递函数测试仪器在测量可见光镜头光学传递函数的同时测出镜头出瞳的波前,采用了一种基于点源目标离焦图像的位相复原算法.该方法无需改变点源传递函数测试仪器的硬件设置,直接利用在传递函数测试过程中,通过改变位于镜头后焦面附近的显微镜与CCD的位置所采集的多幅离焦图像及改进的GS算法实现离焦面与镜头出瞳面光场的...     

采用相位共轭和波前探测技术的高精度瞄准方法

介绍了一种基于相位共轭和波前探测技术的小于(1)μrad精度的光束瞄准方法.使用角锥棱镜阵列作为相位共轭器件,与哈特曼波前探测器探测发射光束和信标光束波前,能有效克服阵列中角锥棱镜之间的平移相差和充分利用角锥棱镜附加相位的对称特性,哈特曼波前探测器测量的角锥棱镜反射光束的相位是入射光束相位的共轭,测量波前可以用来精确标...     

弯曲增敏型光纤曲率传感器的优化分析

为一种直接检测弯曲曲率的光强调制型光纤曲率传感器—它采用弯曲增敏技术提高光纤对弯曲的灵敏度,能区分正向弯曲和负向弯曲,具有线性范围宽、成本低和适合薄结构的埋入式检测等优点建立了数学模型。基于这个模型,讨论了敏感区的光强的调制原理,推导出了光功率损耗与光纤弯曲半径、敏感区几何参数的关系,并通过实验验证了理论分析的有效性,为传感器结构的优化提供了定量依据。     

曲率光纤传感器传感原理和参数优化

为了更好地了解曲率光纤传感器的工作原理,进一步优化传感器的性能,利用TracePro光学软件对弯曲光纤中传播的光线进行光线追迹,采用几何光学方法描述敏感区对光强的调制原理,推导出光功率损耗与光纤弯曲半径、敏感区几何参数间关系的数学模型,并通过实验验证了其有效性.研究结果表明,在曲率光纤传感器中,光线在弯曲光纤中的传播路...     

基于相位测量法测量透射式相位光栅的表面形貌

建立了一套基于马赫-曾德尔干涉仪的测量系统,获得了透射式相位光栅的相位信息并推算出光栅的表面形貌。给出了相位测量法的基本原理,运用傅里叶变换法和相位解包裹技术,对实验系统采集的干涉图的相位信息进行处理并计算出光栅的高度、周期和底角等结构参数。结果表明,该测量方法和系统能够精确地测量光学相位元件的表面形貌,具有较高的实用价值。     

一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器

光纤布拉格光栅已经成为非常有前景的温度、应力及其它参数测量的传感元件,但其存在温度和应力的交叉敏感问题.提出了一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器,将一个布拉格光纤光栅分成两半,各自具有不同的包层半径,其中一半保持不变,另一半包层半径从62.5m减小到40m.实验结果表明,两半光纤布拉格光栅的温度灵敏度均为10.4 pm/℃,而应力灵敏度分别为1.12 pm/ue 和3.89 pm/ue.初始的单个布拉格反射峰分裂成两个,分别对温度和应力敏感,而两个反射峰之间的波长差只受应力的影响,随着应力的增加其波长差逐渐增加.因此,通过这一个光纤布拉格光栅即可分辨出温度和应力所引起的布拉格波长漂移.该光纤光栅传感器结构简单、体积小巧、成本低廉、制作方便,可以广泛应用在各个领域实现温度和应力的同时测量.     

顺电相KTN晶体中相位栅的衍射效率分析

为了在应用中提高读出光的衍射效率,必须合理选择参量。采用将KOGELNIK的耦合波理论与Kukhtarev方程相结合,可以得出顺电相KTN晶体中透射型相位栅衍射效率的解析式。对影响光栅衍射效率的各因素进行计算分析,发现衍射效率对入射角、晶体厚度以及外加电场的变化敏感,而45°入射角附近出现较宽的高衍射区。另外,晶体的吸收对衍射效率的影响可以忽略。结果表明,该计算分析有助于在实践中调整参量以获得较高的读出光衍射效率。     

一种实用的光纤光栅液位传感器

设计了一种波纹管为衬底的光纤光栅(FBG)液位传感头,提出用参考光栅补偿温度变化对FBG测量压力影响的方法。在3～30 cm的液位范围内,测试了传感器的特性,给出温度补偿后液位引起波长漂移的实验曲线。结果表明,传感器液位灵敏度为-0.0553 nm/cm。传感头采用Ni基合金作为机敏封装元件,具有抗腐蚀、耐疲劳的优点,适用于储油罐等恶劣环境下使用。     

Zernike矩提高哈特曼波前传感器的鲁棒性

哈特曼波前传感器是自适应光学(AO)系统中常用的波前传感器件,噪声、器件装配误差常常影响其探测波前的能力和精度,进而影响整个系统对波前的实时校正。通过实验证明,引入数字图像处理中的矩技术,无需在硬件上对自适应光学系统进行修改,利用Zernike矩噪声不敏感、旋转不变等特性,对波前传感器CCD数据进行预处理,能够降低系统对噪声的敏感性,减小对器件装配精度的要求。     

基于复用计算全息元件的多阶模式偏置波前传感器

提出利用复用计算全息元件实现多阶模式同步的偏置模式波前传感器。对基于复用计算全息元件的多阶模式偏置波前传感器进行了理论分析。为了实现复用计算全息元件,分别编码设计了包含4阶,10阶和20阶Zernike像差模式的复用计算全息图,讨论了复用计算全息图设计中几个关键问题。数值模拟研究了复用计算全息图对单阶和多阶像差模式的探测性能。结果表明,在一定探测范围内,传感器能够响应与全息图内预先记录像差模式相同的待测像差模式,且每一个模式的灵敏度都不同。全息图内记录模式数较少时,单阶模式探测的灵敏度较大;记录模式数越多,模式之间擦除效应越严重,单阶和多阶模式灵敏度都受到一定影响。     

取样光栅的设计及衍射行为研究

设计了用于惯性约束核聚变系统的取样光栅。利用光全息学的基本原理,设计了记录全息取样光栅掩模的消像差光学系统,并使用光学设计软件ZEMAX分析了它的像差;还利用严格耦合波理论对取样光栅的衍射效率问题进行了深入的研究。研究发现,在占宽比和槽深这两个光栅结构参量中,槽深的变化对衍射效率更敏感。这些都为取样光栅的实际制作提供了有意义的结果。     

一种实用的光纤Bragg光栅压力传感器

设计了一种弹性圆筒为衬底的光纤Bragg光栅(FBG)压力传感头,采用参考光栅补偿温度变化对FBG测量压力的影响。在温度为20～100℃、压力为0～20MPa的范围内测试了传感器的特性,并给出了修正温度变化后压力引起波长漂移的实验曲线。结果表明,传感器压力灵敏度为-0.0127nm/MPa,其绝对值约是裸FBG压力灵敏度的4倍,实现了压力增敏。传感头采用密封设计,避免了液体和气体的渗漏,通过选择不同的内径和壁厚,可调整传感头的量程和灵敏度。     

基于光纤Bragg光栅的地震检波器的理论与实验研究

提出了一种新型的基于光纤Bragg光栅(FBG)的地震检波器。FBG地震检波器传感头由平面弹簧片、质量块和FBG构成。给出了该检波器的力学模型,理论推导与分析了该检波器的幅频特性和加速度灵敏特性,并讨论了影响该检波器灵敏度的主要因素。实验结果表明,该检波器具有良好的线性度、稳定性和耐受性;检波器的频率响应范围为10～140 Hz,传感器灵敏度为25.9pm/g,共振频率为167 Hz,较符合理论值;最高可检测加速度值大于30g。     

基于细芯光纤马赫-曾德干涉和曲率修正模型的高灵敏度光纤曲率传感器

提出了一种基于细芯光纤结合Mach-Zehnder干 涉仪的高灵敏度曲率传感器,传感头由一段细 芯光纤嵌入在两段的单模光纤中错位熔接而成。当干涉仪受到弯曲作用时,由于细芯光纤和 单模光 纤的错位熔接,使得纤芯和包层模光强度产生损耗,在一定曲率范围内使得纤芯和包层模光 强度更 加接近而导致干涉增强,通过研究特定干涉峰的干涉强度相对于曲率的变化关系,可以实现 光纤曲 率传感。为了增加曲率的校准精度,提出了一种基于悬链线法的光纤弯曲的曲率修正模型。 实验结 果表明:利用曲率修正模型修正后,在9.15m－1到11.02m－1的范围内的曲率测量灵敏度达到 142.28dB/m－1。这种基于强度变化的低成本、高灵敏曲率传 感器,具有广阔的应用前景。