部分子孔径缺光对夏克-哈特曼波前传感器波前复原的影响

对比研究缺光子孔径斜率置零复原法和缺光子孔径去除复原法的波前复原误差。首先研究了单子孔径缺光的情况,分析表明:缺光子孔径斜率置零法的波前复原误差呈现随子孔径中心相对全口径中心的半径的增大而增大的规律,即孔径中心部分的缺光子孔径的复原误差小,孔径边沿缺光子孔径的复原误差大;而缺光子孔径去除法的波前复原误差在孔径上分布比较均匀并且较小。缺光的子孔径数目增加后,波前复原误差也随之增加。对比研究了多子孔径缺光的情况,结果表明缺光子孔径去除复原法虽然计算量大,但波前复原误差要小得多。     

基于FPGA的夏克-哈特曼探测器实时波前处理机

夏克-哈特曼波前传感器是目前自适应光学系统中应用最为广泛的实时波前探测器.本文针对具有高分辨、高帧速、大规模子孔径数的夏克-哈特曼传感器,根据其波前处理计算量和实时性的要求,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA,field-programmable gate array)的实时波前处理机结构及波前斜率计算方法.该方...     

液晶自适应光学在人眼眼底高分辨率成像中的应用

为了获得人眼眼底高分辨率图像,将液晶自适应光学(AO)技术引入到传统检眼镜中,采用基于夏克-哈特曼波前探测器(sHwS)和硅基液晶空间光调制器(LCOS-SLM)的自适应光学系统来校正人眼的高低阶像差,获得了细胞量级的高分辨眼底图像,为眼科疾病及其相关疾病的早期诊断提供了有力工具.采用闭环和开环两种校正模式,都获得了清晰的眼底图片,认为液晶自适应光学系统在活体人眼眼底高分辨率成像上具有巨大潜力.     

夏克—哈特曼波前传感器的探测误差

夏克—哈特曼（S－H）传感器的探测误差是自适应光学系统的一个主要误差源。本文主要分析了S-H传感器的系统误差和随机误差，其误差源包括：CCD相机的读出噪声和背景电平，探测的像素数以及光子噪声。通过在计算哈特曼传感器子光斑质心时设定一个阈值可以大大提高传感器的探测精度。本文同时列举了实验数据和理论分析结果。     

提高波前探测精度的高阶矩方法

夏克-哈特曼波前传感器测量畸变波前的探测精度主要取决于光斑质心的测量精度。提出了一种提高光斑质心探测精度的新方法,在优化的探测窗口内使用高阶矩方法计算光斑的质心。首先,在整个子孔径内,通过一阶矩方法获得光斑的近似中心,然后以这个近似中心为中心,包含整个光斑,建立一个矩形窗口,并在该窗口内通过高阶矩方法重新计算光斑的质心。通过该改进的方法,在优化的探测窗口外,噪声的影响基本被消除;在优化的探测窗口内,噪声的影响也因为光斑权值比重的增大而削弱。实验结果证明:与传统方法相比,新方法提高了光斑质心测量的精度、重复性和稳定性。     

高度屈光不正人眼的视网膜自适应成像系统

为了更好的利用液晶自适应成像系统进行具有较大屈光不正人眼像差校正及视网膜的成像,建立了一套基于低阶像差自补偿的眼底自适应成像系统。该系统采用基于人眼调节特性的光学系统进行屈光补偿,用夏克哈特曼波前传感器进行实时的波面探测,将探测所得波前畸变进行波前重构,通过LCOS波前校正器进行高阶像差的波面校正提高系统成像质量。经过校正后系统波前误差得到有效控制。光学系统的分辨率接近70 lp/mm,已经到达该光学系统的衍射极限分辨。可以得出:液晶自适应视网膜成像系统可以满足高度屈光不正情况下的人眼视网膜成像要求。     

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。     

光束质量对哈特曼波前探测精度影响的仿真分析

哈特曼波前探测器通过探测子孔径光斑质心误差来复原重构被测光束的波前,所以它的测量误差不仅受其自身的结构参数影响,也受被测量光束的光学特征影响.仿真分析表明:当被测光束的波前具有比较多的高阶成分或者哈特曼的微透镜阵列装调不精确时,被测光束强度分布不均匀将会严重影响哈特曼的波前探测误差.     

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。     

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...     

应用于环形激光束的低阶哈特曼波前传感器设计

针对高能化学激光器出光过程中存在着大比例、大PV值低阶像差这一现象,设计了专用于前5项Zernike像差检测的低阶哈特曼波前传感器。该传感器的透镜部分采用呈环形分布的6单元微透镜阵列与凸透镜组合的方法,且均用CaF₂材料制作。该方法不仅可以同时用于可见光和红外光的低阶像差测量,还具有成本低、光路结构简单、探测范围大等优点,适用于环形激光束的大PV值低阶像差检测。之后还搭建了测试光路系统,测试结果表明,该低阶哈特曼波前传感器的波面测量PV值量程为±8λ （λ=3.39 μm）,测量精度优于λ/10 （λ=3.39 μm）。     

环境温度变化对夏克-哈特曼波前传感器测量精度影响分析

环境温度变化是影响夏克-哈特曼波前传感器(SHWS)测量精度的重要因素之一。采用Zemax软件热分析功能,分析了环境温度变化引起的微透镜阵列(MLA)变形及折射率变化、MLA和电荷耦合器件(CCD)间距变化以及球面波点源与SHWS间距变化对SHWS测量精度的影响。分析计算得出,环境温度变化引起的MLA和CCD间距变化是影响SHWS测量精度的主要因素,环境温度在21~24℃内每增加1℃,给测量结果带来的误差[均方根(RMS)]约为0.52nm。通过单模光纤衍射产生近于理想的球面波对SHWS测量精度进行实验验证,实验结果和仿真分析结果基本一致。     

用于白天自适应光学的视场偏移哈特曼波前传感器

提出了一种视场偏移哈特曼波前传感器,用于探测白天条件下强背景中目标信号的畸变波前信息.实验结果表明视场偏移哈特曼波前传感器能在强背景条件下进行精确、稳定的波前探测.     

波前编码技术:新兴的“光学-数字”一体化成像技术

波前编码技术是一种即可以提高系统成像质量又可以降低系统种类的“光学-数字“一体化的系统级成像技术,可以很好地控制离焦以及由离焦引起的像散、Petzval场曲、色差,还有由装调、温度漂移等引入的类似离焦的像差,在大视场、大焦深的条件下获得接近衍射极限的像质。介绍了波前编码技术的发展过程、理论基础、各国研究进展、应用前景等方面,并提出了目前存在的问题。     

一种数学形态学的哈特曼-夏克传感器阈值选取方法

为了提高计算哈特曼-夏克波前传感器的质心探测精度,设计了基于数学形态学的滤波器.此滤波器基于四个有向结构元素形态滤波,设计的每个元素充分考虑了哈特曼-夏克波前传感器探测人眼波前像差时的光斑点大致形态.这个滤波器优化了阈值,经此滤波器处理后,可以保持传感器探测到每个光斑点的形态特征,保留了更多的光斑信息.通过在视网膜细胞显微镜项目的应用其速度和精度均能满足要求.     

基于深度神经网络的大气湍流压缩波前探测

压缩感知技术用于光学波前测量时,常规的斜率恢复方法精度较低,难以测量大气湍流引起的复杂波前,本文利用深度神经网络进行斜率恢复,提高斜率恢复精度,从而提高压缩波前探测方法测量大气湍流波前的精度。传统的压缩波前探测方法在稀疏化过程中忽略相对较小的斜率值,导致波前测量误差的增加。为了快速测量大气湍流引起的复杂波前,本文提出了一种深度神经网络,可以高精度地恢复斜率,从而提高了波前重构的精度。在压缩比为0.1～0.9情况下,基于深度神经网络的压缩波前探测算法（DNNCWS）的波前重构误差PV优于0.014μm,算法的运行时间为4.4 ms。在暗弱星等情况下,残差波前的峰谷值（PV）优于0.011μm。模拟结果表明,DNNCWS具有良好的抗噪声性能。深度神经网络DNNCWS提高了压缩波前的探测精度,可以用于测量大气湍流引起的复杂像差,还可用于其他自适应光学应用,如激光通信和视网膜成像。