自适应光学

摘要： 使用连续镜面变形镜生成涡旋光束,根据涡旋光束相位的螺旋对称结构,变形镜驱动器设计成环形排布,通过生成环形螺旋波前来解决连续镜面变形镜不能拟合奇点的问题。在光路中加入4f滤波系统来滤去高频噪声和次级衍射旁瓣。推导了空间滤波的小孔半径的表达式,这可以保证在滤波过程中尽可能保留主瓣信息,并且完全消除旁瓣。仿真得到了拓扑荷数等于-5~5的无旁瓣的涡旋光束,得到的振幅分布具有破坏性的环形结构,相位分布是比较理想的螺旋结构,而且滤波之后的模式纯度接近理想值。该方法使用的连续镜面变形镜面形变化灵活,可以承受高功率,对于模式可调的高功率涡旋光束的生成有很好的应用前景。

摘要： 为降低压电执行器阵列式变形镜的成本,提出了一种由单压电执行器阵列驱动的低成本变形镜。制备了19单元50 mm口径的变形镜样机,建立了基于Shack-Hartmann传感器的自适应光学测试系统,并对单个执行器性能、校正性能、镜面校平性能、变形镜频率响应特性进行了表征。测试结果显示,制备的变形镜单个执行器在50 V电压下波前变形量可达10μm,可精确重构前14项Zernike多项式像差,校平后远场光斑接近艾里斑,变形镜一阶固有频率约为1.8 kHz。提出的单压电执行器阵列驱动的变形镜具有比较好的性能,在低成本自适应光学系统中具有应用前景。

摘要： 非共光路误差是限制自适应光学系统(adaptive optics,AO)的成像性能达到衍射极限的关键因素,同时AO系统共光路部分也会不可避免地引入静态像差,尤其是在自适应光学系统与望远镜配合使用进行科学观测时。因此,本文提出了一种基于焦面优化的改进型AO系统静态像差校正技术。该方法通过迭代优化算法将单模光纤生成的完美点扩散函数复制到自适应光学系统中来校正系统中的静态像差。相比于我们之前提出的焦面校正法,本文提出的改进型焦面优化技术获得全局优化结果的速度更快,并且在系统初始静态误差极大的情况下,拥有更好的校正性能。当部署于天文或其他需要高质量成像的自适应光学系统中时,该改进型焦面优化技术相较于传统校正法也更加便捷。

摘要： 自适应光学(AO)技术能够实时测量和校正波前像差,使光学系统能适应外界条件变化,保持良好光学性能,在眼科领域逐渐受到关注。AO技术可以根据波前像差进行验光,提高主客观验光的效率和准确性;消除人眼像差对视网膜成像的影响,为视神经功能评价提供更精准的数据;改善视知觉学习训练的效果,为特殊人群提供视力保健和治疗方法;模拟和预测术后视觉效果,为屈光手术和人工晶状体植入术的个性化方案选择提供依据。AO与光相干断层扫描技术、光学扫描激光检眼镜、共焦扫描激光检眼镜等结合,可以实现实时眼底成像和视网膜血管成像,提供更高的视网膜检测灵敏度和分辨率,分辨更精细的视网膜血管以及视锥细胞细节,表征视网膜色素上皮细胞层拓扑和变形,其在眼后节激光手术、青光眼诊断与随访、色盲和视网膜生理活动研究领域的应用备受关注。本文就AO技术原理及其在眼科领域的应用进行综述。

摘要： 变形镜是自适应光学(AO)系统的核心单元之一,本文提出了一种基于磁阻最小原理的新型音圈驱动器结构,在传统音圈结构设计上引入软磁材料-坡莫合金以减少磁漏,从而提高输出力与效率。使用ANSYS Maxwell建立模型进行仿真并优化了各组件的结构尺寸,结果表明该驱动器结构的力为3.4 N,效率可达9.05 N×W^(-1/2),响应时间为0.03 ms。同时,研究发现相邻驱动器间工作影响很小,以此确立了驱动器间距15 mm时,音圈变形镜交连值为11.7%,满足应用要求。本工作为研制大行变量、快速响应、低功耗和高驱动器密度的变形镜打下了坚实的基础,具有很好的应用前景。

摘要： 双波长视网膜成像自适应光学系统非常适用于视网膜微血管的高对比度和高分辨率成像。本文重点研究了双波长自适应系统的轴向色差补偿问题。首先对轴向色差进行了测量,对实测波前进行了分析,并给出任意波前轴向色差补偿法。自适应校正实验结果显示,色差补偿后,波前均方根误差减小到0.16λ(λ=589 nm),视网膜微血管分辨率提高到6μm。这项工作可用于视网膜成像的临床应用。

摘要： 把天文科学前沿技术引入本科实验教学,开发设计了用于天文专业本科实验教学的自适应光学系统,包含了可变形镜、波前传感器、激光装置等关键设备。通过设计搭建自适应光学系统平台,将科研成果融入实验教学,帮助学生了解自适应光学系统的原理、架构与功能,在培养学生创新意识和开拓科学视野方面发挥了很好的作用。

摘要： 限制自适应光学(Adaptive Optics,AO)系统表现的一个关键因素是由波前传感器所在路径和科学成像路径之间差异引起的非共光路像差(Non-Common Path Aberration,NCPA),同时AO系统共光路部分也会不可避免地引入静态像差。为此,本文提出了一种基于焦面点扩散函数(Point Spread Function,PSF)复制的技术,用于校正AO系统中的静态像差。此技术利用点光源产生的PSF图像作为参考图像,通过迭代优化算法控制可变形镜改变其面型,将参考PSF图像复制到AO系统科学成像路径。实验结果表明,校正后的斯特列尔比(Strehl Ratio,SR)从初始的0.312提高到0.995。此技术可以稳定、快速地获得全局校正结果,特别是在系统具有较大的初始静态像差时。

摘要： 自适应光学技术是提高激光通信地面站单模光纤耦合效率、增加接收信号信噪比、提升激光通信可靠性的一种重要手段。对欧美将自适应光学技术应用于激光通信地面站的情况进行了详细阐述与分析,主要内容包括自适应光学系统的组成、参数和部分实验结果,为激光通信地面站及其自适应光学系统的设计提供有益的参考。

摘要： 为解决在外部扰动情况下自适应光学中倾斜镜的控制问题,提出了一种基于扰动观测器的滑模控制方法来抑制结构振动。在倾斜镜控制系统中,将新的扰动观测器加入到传统滑模控制方法中,设计新的滑模控制率来抑制抖振。改进后的扰动观测器不受精确模型的限制,仿真结果证明了该方法能够比较准确的跟踪系统状态,抑制扰动效果明显,降低了系统误差,输出曲线更接近给定的输入信号。实验结果表明,所设计的方法与传统滑模控制方法相比,方位轴控制误差由1.637μrad降低到1.083μrad,精度提高约51.2%,俯仰轴控制误差由1.966μrad降低到1.614μrad,精度提高约21.8%。该方法可大幅削弱由滑模控制方法造成的抖振及外部扰动,提高倾斜镜控制系统的稳定性。

摘要： 对随机并行梯度下降(SPGD)算法实时性强，同时具有一定灵活性的要求，提出了采用DSP实现SPGD算法控制的思想。构建了包括数据采集、算法控制、输出转换三大功能模块的基于DSP的SPGD自适应光学控制平台，详细介绍了该平台的设计思路、实施方案、软件流程及器件参数，为该平台的实际应用奠定基础。

摘要： 基于大气湍流的激光效应，分析了大气激光通信系统的信噪比，自适应光学系统的质量标准，得到了自适应光学系统对激光通信系统信噪比提高比例与斯特列尔比之间的关系，并建立了含37单元变形镜的大气激光通信系统模型，数值模拟结果表明：自适应光学系统可以有效地补偿大气湍流效应对激光束传输的影响，提高激光通信的信噪比。

摘要： 在阐述自适应光学系统中的哈特曼波前分布测量技术的基础上，介绍了激光波前分布测量在自适应光学中的重点应用领域，并对今后将要开展的激光波前分布计量研究工作做出了展望。

摘要： 激光波前分布测量是自适应光学系统的重要环节和关键技术，激光波前分布计量研究需求紧迫。本文重点介绍了自适应光学系统中的哈特曼波前分布测量技术，以及激光波前分布测量在自适应光学中的重点应用领域，并对今后将要开展的激光波前分布计量研究工作做出了展望。

摘要： 分析了基于曲率探测的自适应光学Zernike模式闭环原理，并通过仿真和实验进行了分析。首先，建立了一个自适应光学系统仿真模型，然后对Kolmogorov特性的大气湍流相位畸变做了闭环仿真分析。仿真结果表明，闲环系统能够实时校正大气湍流引起的波前畸变。最后利用液晶空间光调制器作为波前校正器，建立了一套基于该算法的自适应光学闭环实验系统，并针对Kolmogorov特性大气湍流相差做了闭环实验分析。实验结果与仿真结果一致，均表明基于该算法的自适应光学能够实时有效地校正大气湍流引起的相位畸变。

摘要： 在星地光通信系统中,不仅需要考虑空间光束对准对系统产生的影响,大气湍流对通信光束产生的波前畸变也是不可忽视的一部分。本文分析了星地光通信系统中大气湍流对链路的影响,利用著名的Zernike相衬法改进了传统的自适应光学系统,使其可以应用到星地光通信领域以矫正畸变的波前提高接受效率,提升整个系统的性能.最后,本文给出了使用该方法探测波前相位的模拟结果。

摘要： 为了与600mm望远镜匹配以验证液晶自适应光学的有效性,利用ZEMAX光学设计软件进行了液晶自适应光学系统的设计和优化.首先根据望远镜的参数、大气湍流的特性和液晶的特点提出设计要求:(1)要求成像波段为600～700nm,而探测波段为整个可见波段；(2)系统为线性偏振光系统；(3)系统为小视场系统.然后根据要求进行光学系统设计和ZEMAX软件模拟优化,设计出了满足要求的系统.最后对该光学系统进行性能评价.设计出的系统与望远镜的组合焦距为35m,F数为58.据此求得其在像面处的极限线分辨能力为44.8μm,成像CCD的像元尺寸为16μm,因此满足采样定理.液晶自适应光学系统的光学传递函数与衍射极限传递函数非常接近,而且系统的OPD象差在0.1λ左右,这说明系统具备优良的光学性能.

摘要： 目的：人眼是一个不完善的成像系统，不仅存在离焦和散光，还存在着球差、慧差、以及不规则的高阶像差，这些像差影响视网膜的成像质量，尤其在暗视场弱光下人眼呈现大瞳孔，像差更大，使人眼的视觉性能远远低于衍射极限。进一步研究还表明人眼视觉成像不仅与眼睛的屈光系统有关，还与大脑的主观判断和神经系统的处理有密切关系。方法：提出了具有主观视觉补偿的人眼波前像差测量方法及其测量系统，在客观测量的同时进行了主观视觉补偿，得出测量的数据，更具有真实性。结果：主观视觉补偿测量的波前像差小于客观测量的结果，被测者在观察视标时的适应性调整减小了波前像差。而且，对于观察不同的视标时，波前像差的波动值较小。结论：采用主观视觉补偿的测量方法，考虑实际观察目标时眼睛的状态，能够很好地对人眼像差进行补偿，得到符合实际状态的眼像差，这对制定人眼像差的治疗方案具有非常积极的有益的意义。

摘要： 目的：人眼是一个不完善的成像系统，不仅存在离焦和散光，还存在着球差、慧差、以及不规则的高阶像差，这些像差影响视网膜的成像质量，尤其在暗视场弱光下人眼呈现大瞳孔，像差更大，使人眼的视觉性能远远低于衍射极限。进一步研究还表明人眼视觉成像不仅与眼睛的屈光系统有关，还与大脑的主观判断和神经系统的处理有密切关系。方法：提出了具有主观视觉补偿的人眼波前像差测量方法及其测量系统，在客观测量的同时进行了主观视觉补偿，得出测量的数据，更具有真实性。结果：主观视觉补偿测量的波前像差小于客观测量的结果，被测者在观察视标时的适应性调整减小了波前像差。而且，对于观察不同的视标时，波前像差的波动值较小。结论：采用主观视觉补偿的测量方法，考虑实际观察目标时眼睛的状态，能够很好地对人眼像差进行补偿，得到符合实际状态的眼像差，这对制定人眼像差的治疗方案具有非常积极的有益的意义。

摘要： 目的：人眼是一个不完善的成像系统，不仅存在离焦和散光，还存在着球差、慧差、以及不规则的高阶像差，这些像差影响视网膜的成像质量，尤其在暗视场弱光下人眼呈现大瞳孔，像差更大，使人眼的视觉性能远远低于衍射极限。进一步研究还表明人眼视觉成像不仅与眼睛的屈光系统有关，还与大脑的主观判断和神经系统的处理有密切关系。方法：提出了具有主观视觉补偿的人眼波前像差测量方法及其测量系统，在客观测量的同时进行了主观视觉补偿，得出测量的数据，更具有真实性。结果：主观视觉补偿测量的波前像差小于客观测量的结果，被测者在观察视标时的适应性调整减小了波前像差。而且，对于观察不同的视标时，波前像差的波动值较小。结论：采用主观视觉补偿的测量方法，考虑实际观察目标时眼睛的状态，能够很好地对人眼像差进行补偿，得到符合实际状态的眼像差，这对制定人眼像差的治疗方案具有非常积极的有益的意义。

摘要： 一种自适应光学系统中，包括：空间光调制器，其对入射到包含排列成二维状的N个区域的调制面的光学像的相位进行空间调制；和从上述空间光调制器接收调制后的上述光学像的波前传感器，其具有与上述N个区域分别对应的N个透镜排列成二维状的透镜阵列和检测包含由该透镜阵列所形成的K个会聚光斑的光强度分布的光检测元件，在该自适应光学系统中，确定上述空间光调制器的上述区域与形成于上述波前传感器的上述会聚光斑的对应关系。

摘要： 自适应光学系统包括：对入射到调制面上的光学像的相位进行空间调制的空间光调制器；和从所述空间光调制器接收调制后的所述光学像的波前传感器，其包括由多个透镜二维状排列而成的透镜阵列，和对包含由所述透镜阵列形成的会聚光斑的光强度分布进行检测的光检测元件，所述自适应光学系统基于根据所述光强度分布得到的所述光学像的波前形状，对显示在所述空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前畸变，在所述自适应光学系统中调整所述调制面与所述波前传感器的对应关系。

摘要： 自适应光学系统包括：对入射到包含排列成二维状的N个区域的调制面上的光学像的相位进行空间调制的空间光调制器；从上述空间光调制器接收调制后的上述光学像的波前传感器，该波前传感器包括由与上述N个区域分别对应的N个透镜二维状排列而成的透镜阵列，和对包含由该透镜阵列形成的M个会聚光斑的光强度分布进行检测的光检测元件，上述自适应光学系统基于根据上述光强度分布得到的上述光学像的波前形状，对显示于上述空间光调制器的相位图案进行控制来补偿波前畸变，在上述自适应光学系统中，在执行上述波前畸变的补偿时，确定上述空间光调制器的上述区域与形成于上述波前传感器的上述会聚光斑的对应关系。

摘要： 本发明涉及自适应光学设备和包括该自适应光学设备的成像设备。自适应光学设备包括：光调制单元，其被配置为在与被检物光学共轭的位置处调制光的两个偏振分量中的每一个偏振分量，所述光由光源发射；以及照射单元，其被配置为用被光调制单元调制的光照射被检物。

摘要： 本发明涉及自适应光学装置、自适应光学方法和成像装置。自适应光学装置包括：测量由对象的眼睛导致的像差的像差测量单元，所述像差基于从对象的眼睛返回的返回光而被测量；根据由像差测量单元测量的像差执行像差校正的像差校正单元；用被像差校正单元校正的光照射对象的眼睛的照射单元；以及当对象的眼睛移动到预定区域之外时维持像差校正单元的校正特性的调整单元。

摘要： 本发明涉及自适应光学设备和包括该自适应光学设备的成像设备。自适应光学设备包括：光调制单元，其被配置为在与被检物光学共轭的位置处调制光的两个偏振分量中的每一个偏振分量，所述光由光源发射；以及照射单元，其被配置为用被光调制单元调制的光照射被检物。

摘要： 一种自适应光学系统中，包括：空间光调制器，其对入射到包含排列成二维状的N个区域的调制面的光学像的相位进行空间调制；和从上述空间光调制器接收调制后的上述光学像的波前传感器，其具有与上述N个区域分别对应的N个透镜排列成二维状的透镜阵列和检测包含由该透镜阵列所形成的K个会聚光斑的光强度分布的光检测元件，在该自适应光学系统中，确定上述空间光调制器的上述区域与形成于上述波前传感器的上述会聚光斑的对应关系。

摘要： 自适应光学系统包括：对入射到调制面上的光学像的相位进行空间调制的空间光调制器；和从所述空间光调制器接收调制后的所述光学像的波前传感器，其包括由多个透镜二维状排列而成的透镜阵列，和对包含由所述透镜阵列形成的会聚光斑的光强度分布进行检测的光检测元件，所述自适应光学系统基于根据所述光强度分布得到的所述光学像的波前形状，对显示在所述空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前畸变，在所述自适应光学系统中调整所述调制面与所述波前传感器的对应关系。

摘要： 自适应光学系统包括：对入射到包含排列成二维状的N个区域的调制面上的光学像的相位进行空间调制的空间光调制器；从上述空间光调制器接收调制后的上述光学像的波前传感器，该波前传感器包括由与上述N个区域分别对应的N个透镜二维状排列而成的透镜阵列，和对包含由该透镜阵列形成的M个会聚光斑的光强度分布进行检测的光检测元件，上述自适应光学系统基于根据上述光强度分布得到的上述光学像的波前形状，对显示于上述空间光调制器的相位图案进行控制来补偿波前畸变，在上述自适应光学系统中，在执行上述波前畸变的补偿时，确定上述空间光调制器的上述区域与形成于上述波前传感器的上述会聚光斑的对应关系。

摘要： 本发明涉及致动器、可变形镜、使用可变形镜的自适应光学系统和使用自适应光学系统的扫描激光检眼镜。提供了一种致动器，其包括：衬底；可动部，设置为使得相对于衬底可动；至少三个弹性体，用于以可移位方式将可动部支撑到衬底上；由可动部支撑并且在与衬底的表面平行的方向上延伸的可动梳状电极；以及由衬底支撑并且在与衬底的表面平行的方向上延伸的固定梳状电极，其中可动梳状电极和固定梳状电极被布置为使得在有间距的情况下交替地彼此啮合，并且所有弹性体中的每一个弹性体具有相对于其它弹性体中的至少一个弹性体形成大于90°且小于或等于180°的角度的长轴。