扇形子孔径布局H-S传感器对圆域的探测性能研究

通过Zernike模式波前重构算法进行计算机仿真计算,对扇形子孔径布局的Hartmann-Shack波前传感器探测性能进行仿真研究,对比分析了方形子孔径布局Hartmann-Shack波前传感器的探测性能.结果表明,扇形子孔径布局是一种有效的Hartmann-Shack波前传感器的布局方式,在低子孔径密度且径数目差异不多的条件下,比方形孔径布局探测精度更高.     

动态波前相位的高分辨率测量

动态波前相位信息测量是大气光学，气动光学和激光技术等领域的重要实验手段。提出了一种具有高的时间和空间分辨率以及长的测量持续时间的动态波前相位测量方法。应用Ｈａｒｔｍａｎｎ－Ｓｈａｃｋ波前传感器获得高空间分辨率的相位信息，采用高帧频ＣＣＤ摄象机获得高时间分辨率图象数据。     

一种Hartmann-Shack波前传感器图像的自适应阈值选取方法

在Hartmann-Shack波前传感器中，图像阈值的选取对质心探测精度有效大的影响。根据模式识别理论，提出一种适用于Hartmann-Shack波前传感器图像阈值选取的新方法——基于类别方差的自适应门限方法。实验结果表明，本方法在Hartmann-Shack波前传感器图像信噪比大于3时，能够比较有效地自动选取每帧图像的阈值。     

用Hartmann—Shack传感器测量激光束的波前相位

Ｈａｒｔｍａｎｎ－Ｓｈａｃｋ传感器已经用于自适应光学系统。它可以同时探测出一束光的振幅和相位信息。通过一个位置传感器，比如ＣＣＤ，它就可以成为一种对光学系统和光束的静态和动态质量诊断的有力工具。从Ｈ－Ｓ波前传感器的输出（波前斜率和近场强度分布），就可以推算出远场特点，如ＰＳＦ和ＯＦＴ。本文将介绍波前重构的理论分析和远场特征评估。同时也给出了光束质量的静态和动态的测量结果。     

用Hartmann－Shack传感器测量激光束的波前相位

Ｈａｒｔｍａｎｎ－Ｓｈａｃｋ传感器已经用于自适应光学系统。它可以同时探测出一束光的振幅和相位信息。通过一个位置传感器，比如ＣＣＤ，它就可以成为一种对光学系统和光束的静态和动态质量诊断的有力工具。从Ｈ－Ｓ波前传感器的输出（波前斜率和近场强度分布），就可以推算出远场特点，如ＰＳＦ和ＯＴＦ。本文将介绍波前重构的理论分析和远场特征评估。同时也给出了光束质量的静态和动态的测量结果。     

人眼像差哈特曼测量仪的重复性测试

人眼像差哈特曼测量仪利用 Hartmann-Shack 波前传感器探测波前,并用 Zernike 多项式实现波前的重建。测试结果的重复性对该仪器来说是至关重要的。此仪器对模拟人眼静态像差和活体人眼动态像差分别进行单帧采集和连续采集,所得的模拟人眼静态像差 Zernike 系数的标准偏差的最大值,PV 与 RMS 依次为 0.016?,0.061?和 0.006?;活体人眼动态像差 Zernike 系数的标准偏差的最大值,PV 与 RMS 依次为 0.045?,0.167? 和 0.030?,这些指标都小于 ?/5,表明该仪器具有较高的重复性。     

基于哈特曼传感器的激光波前分布测量技术

激光波前分布作为ISO新列入的衡量激光光束质量的重要参数,对其有效、准确地测量显得十分重要.根据哈特曼波前测量原理,详细介绍了基于哈特曼传感器的激光波前分布测量装置、哈特曼传感器波前斜率测量方法和常用波前重构算法,引入一种定标哈特曼传感器针孔阵列与CCD间距的方法,分析定标实验数据及使用已定标的哈特曼波前分析仪测量波前的实验结果.实验证明定标方法可靠有效.     

高级像差对人眼成像质量和视觉的影响

定量地研究高级像差对人眼成像质量和视觉的影响对人眼像差矫正具有重要的实验和临床意义.利用Hartmann-Shack波前传感器人眼像差仪测量了正常人眼6mm瞳孔的波前像差,由波前像差计算出人眼光学系统的光学调制传递函数MTF和Strehl比率,并由MTF和视网膜空间像调制度AIM曲线计算出人眼视锐度和对比敏感度函数CSF.根据MTF和Strehl比率分析了高级像差对人眼成像质量的影响,根据视锐度和对比敏感度函数CSF分析了高级波像差对视觉的影响.研究表明Zernik前6级像差对人眼成像质量和视觉的影响是不可忽略的,更高级的像差对人眼成像质量和视觉的影响较小,甚至可以忽略.对Zemik前6级像差进行矫正,可以得到相当好的视觉.     

基于相位差异的图像复原方法

相位差异法利用焦面和离焦通道图像存在的固定离焦相位差为先验信息,联合估计波前相位和目标.本文设计了相位差异图像复原实验,利用变形镜模拟大气湍流扰动,通过Offner反射镜搭建反射式成像系统,消除了色差影响和简化了实验光路.实验结果表明,恢复后图像的分辨率提高了12%,验证了相位差异法提高图像分辨率和解算波前相位的能力.因此该方法是大口径光电成像系统克服波前畸变较为理想的图像恢复技术.     

液晶空间光调制器相位调制特性研究

研究了美国BNS公司生产的Modal P256反射型电寻址液晶空间光调制器的相位调制特性和时间响应特性.采用He-Ne激光作光源,建立迈克尔孙干涉光路观察波前相位变化,给出器件的相位调制特性曲线.分析测量了器件的相位响应不一致性和像素间的相位交连.通过测量液晶器件对方波和正弦控制信号的相位响应延迟,分析了液晶空间光调制器(LC-SLM)的时间响应特性.理论分析与实验结果说明:在特定的入射偏振条件下,LC-SLM实现纯相位调制,可用作高分辨力波前校正器件,然而极慢的响应速度和极低的时间带宽限制了它在动态变化波前相差校正中的应用.     

基于相位差法的波前检测技术

基于相位差法的波前检测技术,主要是利用在焦面和离焦位置上同时采集的一对图像,对光瞳上的波前相位分布进行恢复,同时也可以对目标进行恢复。与哈特曼波前传感器和剪切干涉仪等波前检测技术相比,相位差法具有光路简单、易于实现的特点,同时可以采用扩展目标作为参考源,主要适用于对实时性要求不高的领域。在计算机模拟大气湍流和成像系统的基础上,我们使用有限内存拟牛顿法对波前相位和目标进行了恢复。模拟研究结果表明,相位差法可以较准确的恢复出波前相位,并且最优化的离焦波面差为一个波长。     

剪切干涉仪光子计数法动态波前探测

实时动态波前探测技术是自适应光学系统最重要的单元技术之一。本文报导了在弱光条件下,利用动态剪切干涉仪和光子计数法进行弱光波前误差探测的实验。叙述了波前探测装置的原理,讨论了相位测量的主要误差源。实验结果表明,在每一探测周期内,仅有几十到一百个光电子脉冲的情况下,可获得波前信息。     

大气相位屏的协方差冲激函数产生法

提出正交基为冲激函数的协方差法,在Matlab中仿真实现符合大气湍流统计分布(vonKarman谱和Kolmogorov谱)的大气相位屏。协方差冲激函数产生法对连续波前相位进行冲激函数正交分解,根据正交分解系数的协方差模拟平行光通过大气后的瞬时波前相位。计算多帧相位屏的波前结构函数,与理论值比对,验证产生大气相位屏的正确性。根据比对结果得,该方法产生的相位屏精度高,对于Kolmogorov谱,该方法产生的大气相位屏的波前结构函数误差约为理论波前结构函数均值的1%。     

人眼不同瞳孔直径波前像差特性分析

采用Hartmann-Shack人眼像差仪,测量了人眼在3.1mm,5.2mm和6mm瞳孔直径下的波前像差。波前像差的RMS值表明,随着瞳孔直径的增大,人眼各阶波前像差均随着增大。与瞳孔直径为3.1mm时相比,瞳孔直径为6mm和5.2mm时,Zernike2-10阶波前像差的RMS值分别增大1.2-7.7倍和1.1-4.8倍。用调制传递函数(MTF)和Strehl比评价了高阶波前像差对成像质量的影响,结果表明,大瞳孔高阶波前像差对成像质量的影响大于小瞳孔;在3.1mm,5.2mm和6mm瞳孔直径下,欲达到衍射极限的Strehl比率,分别需要矫正Zernike波前像差前2-4阶、前3-6阶和前5-7阶,需矫正的像差阶数随瞳孔直径的增大而增加。     

光子计数动态剪切干涉仪的实时波前处理机

介绍了光学计数方法下的波前处理机的构成及工作原理，解决了弱光条件下的光子脉冲计数，并以ＴＭＳ３２０Ｃ２５高速数字信息处理器为核心，快速完成了波前相位计算，波前重构，控制信号的并行输出及波面信息的实时监测。     

我国惯性约束聚变领域中的波前控制技术

在惯性约束聚变(ICF)高功率激光装置中,自适应光学波前控制技术是确保装置安全顺畅通光以及光束质量达标的关键技术之一。本文介绍了我国ICF激光装置中波前控制技术从概念的提出到大规模应用的研究和发展历程,重点介绍了在装置不同发展阶段针对装置的需求所研究和发展的关键系统技术,包括基于远场焦斑优化的爬山法波前控制技术、基于双波前传感器数据融合的全装置波前控制技术,以及旋转腔激光装置结构中基于双变形镜的全系统波前控制技术,并介绍了相关技术在装置上的应用结果。

     

自适应光学系统中变形镜和波前传感器共轭位置要求的分析

通过对几何光学和物理光学模型的数值计算,分析了自适应光学系统中小像差畸变波前在空间自由传播时自身的变化情况,进而给出了系统中对变形镜和波前探测器与被校正瞳面之间共轭位置关系的要求和允许范围.结果表明,波前自由传播时的变化程度决定于像差自身的类型和大小、光束的口径以及传播的距离,大口径小像差波前近距离传播时波前变化误差很小.一般来说,变形镜和波前传感器偏离被校正瞳面共轭位置距离满足菲涅尔数大于1000时,对系统校正效果的影响可以忽略.实际应用中,应该根据校正对象的特征来具体计算波前误差随传播距离的变化,从而设计波前传感器和变形镜的位置,以及选择使用4F光学系统.本文的分析可以为自适应光学系统的整体光路设计提供一定理论参考.     

大口径光学元件瞬态波前检测

为瞬态测量大口径光学元件波前,提出一种基于斜入射结构的近红外反射式错位点衍射干涉原理的Φ400 mm瞬态波前检测方法。该方案将待测光分成两束互相错位的参考光与测试光,从而在干涉图中引入高线性载频,采集到对比度良好的干涉图后,利用傅里叶变换相位解调法从单幅干涉图中提取待测波前相位,实现瞬态波前动态测量。实验光路总长近20 m,极易受气流的影响,且由于气流干扰随时间变化,该系统本身可以看作是大口径光学元件瞬态波前发生与检测装置。测试结果与SID4波前传感器比较,波前均方根（RMS）小于1/50 λ,可知所提方法可以实现大口径瞬态波前的高分辨率与高精度检测。

     

利用Zernike多项式对湍流波前进行波前重构

分析了利用Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式进行波前重构时模式耦合与混淆产生的原因，以及模式耦合与混淆对受大气湍流影响的光学波前进行波前重构的精度和稳定性的影响。取除去平移的前６５项Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式构造湍流波前。针对６１单元自适应光学系统的波前传感器子孔径布局进行仿真，通过比较Ｎｓ不同取值时的湍流波前重构精度和稳定性，得出了该条件下Ｎｓ的最佳取值。     

用Hartmann—Shack波前传感器测量大气湍流特征

建立了一个小型Ｈａｒｔｍａｎｎ－Ｓｈａｃｋ波前传感器来测量大气扰动特征。通过单子孔径的象移和许多间距不同的子孔径之间的象移差测得的到达角起伏的统计值来计算出Ｆｒｉｅｄ参数ｒ０。本文推导了采用不同孔径参数的实验结果，以及波前斜率的功率谱密度。