用H-S波前传感器测量穿过超声速流场的激光像差特性

用Hartmann-Shack(H-S)波前传感器可以准确测量穿过超声速流场的激光波面及其变化过程,进一步计算可以获得光束质心漂移、远场分布等数据。给出了H-S方法测量穿过超声速流场激光波面的原理,采用模式法进行了波前重构,计算了在几种流场条件下的激光波面像差特性PV值,RMS值和Zernike像差系数、Strehl比和环围能量曲线等。结果表明,H-S法可以很好地反映流场建立、稳定和结束过程中Zernike像差的变化。比较无流场和给定参数的超声速流场,激光穿越后产生的最明显的像差变化为离焦和低阶像散的增大。在相同流场参数下,无模型时光束质量好于有模型时光束质量。

穿越流场激光像差特性的动态测量——H-S波前传感器方法

用H-S(Hartmann-Shack)波前传感器可以精确测量穿过超声速流场的激光动态波面及其变化过程,进一步计算还可以获得光束质心漂移、远场分布等数据。讨论了利用H-S波前传感器测量穿过超声速流场激光波面的原理,并采用模式法进行波前重构,得到了在几种流场条件下的激光波面像差特性如PV和RMS、各阶Zernike像差系数,环围能量分布和Strehl比等。结果表明,采用H-S传感器进行测量、并用模式法进行波前重构可以较好反映流场建立、稳定和结束过程中各阶Zernike像差的变化。比较无流场和给定参数的超声速流场,激光穿越后产生的最明显变化为离焦A3和低阶像散A5的增大。

基于H-S波前传感器的正支共焦腔准直技术研究

采用H-S波前传感器对非稳腔进行了实验调腔技术研究,指出了正支共焦腔调腔的原则,以输出光束近场强度和相位分布这一双重依据作为谐振腔是否调好的标准。进行非稳腔调腔时,首先应当保证整个光路共光轴使输出强度分布均匀,但此时光束中可能还包含离焦等高阶像差,因此在腔外用Hartmann-Shack波前传感器进行光束相位测量,得到了35阶像差Zernike系数、波面PV和RMS值,进一步计算得到环围能量曲线等,从而可以全面了解输出光束质量并能有针对性地对光腔进行调整,达到较理想的光腔共轴状态。

模拟H-S传感器进行波前重构新方法

提出了一种软件模拟H-S传感器进行波前重构的新方法。根据重构矩阵与待测波前无关的性质,利用软件动态生成模拟的H-S传感器,并结合图像处理技术,分析经小孔采样后的子孔径光斑阵列,从而重构出实际待测光斑的波阵面。这种方法采用间接光斑测量体制,能够直接测量大口径光斑的波前分布;同时模拟H-S传感器的大小和采样点数根据选取的小孔板动态可变,能够适应不同精度要求的测量。

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,在低子孔径密度且孔径数目差异不多的条件下,比方形孔径布局探测精度更高。

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。

利用动态跟踪原理进行质心计算的新方法

分析 H- S(Hartm ann- Shack)波前传感器在扩展动态范围及抑止噪声方面存在的不足 ,提出了根据大气湍流的时间特性确定在一次采样时间间隔内质心移动的变化范围 ,对质心进行连续动态跟踪测量的新方法 .该方法在大气扰动较强时 ,可以扩展波前传感器动态范围 ,有效地降低 CCD读出噪声和散弹噪声对质心探测精度的影响 。

五角棱镜在大口径望远镜检测中的应用

提出了一种用子孔径拼接法检测大口径望远镜的方案,分析了五角棱镜由于机械运动引起的在三维方向有微小偏角时使光束转向改变波前的复杂情况;计算机模拟试验证明了由于机械运动引起的波前改变量是可分离的,有利于五角棱镜在大口径望远镜中发挥最佳效能。

两种提高扩展信标波前探测信噪比的方法

为了空对地观测相机在工作时达到接近衍射极限的高分辨率成像,采用扩展信标和相应的H-S波前传感器探测成像系统入瞳面上的波前畸变,以实现动态补偿.基于这种波前探测、重构的模式下,推导和分析了波前探测系统焦面上子孔径图像信噪比的估算公式.根据模拟实际的一组参数值,表明该图像信噪比过低,不能满足探测精度的要求,继而提出减小探测系统的垂轴放大率和增加测量次数提高图像信噪比的方法,实例计算验证了其可行性.

基于H-S波前传感器的正支共焦腔调腔方法的研究

采用H-S波前传感器对于非稳腔进行了实验调腔技术研究,指出了正支共焦腔调腔的原则,以输出光束近场强度和相位分布这一双重依据作为谐振腔是否调好的标准。进行非稳腔调腔时,首先应当保证整个光路共光轴使输出强度分布均匀,但此时光束中可能还包含离焦等高阶像差,因此在腔外用Hartmann-Shack波前传感器进行光束相位测量,得到了35阶像差Zernike系数、波面PV和RMS值,进一步计算得到远场分布和环围能量曲线等。从而可以全面了解输出光束质量,并能有针对性地对光腔进行调整,从而达到较理想的光腔调整共轴状态。

高功率二极管泵浦激光模块的热致球差

为获得高功率高光束质量的激光器,对激光器中的热致球差进行了研究。介绍了高功率二极管泵浦Nd:YAG棒激光模块热致球差的测量和补偿方法。使用S-H波前探测器测量了激光模块的三阶球差,设计了补偿系统对激光模块的球差进行了补偿,并对补偿前后的各阶像差进行了分析。在主振功放(MOPA)系统中使用球差补偿系统,工作电流110 A时,光束质量平方因子从9.2提高到6.4。实验结果表明球差补偿系统能消除激光模块的的三阶球差,而且不会引起其它像差的增大,提高了激光器光束质量。

优化夏克哈特曼波前传感器的光斑质心探测方法研究

夏克哈特曼波前传感器的光斑质心探测精度对光学系统的波前检测至关重要。研究了质心探测误差的来源,提出了一种子光斑自动优化探测窗口法结合基于自适应阈值分割的强度加权质心算法的方法。讨论了该方法中窗口大小、质心算法对光斑质心精度的影响,并通过仿真和实验分析了算法的质心探测精度对噪声影响的鲁棒性。实验结果表明:当信噪比高于4时,自适应光斑质心算法质心定位的平均探测误差为0.058 pixel,相对于传统算法降低了约40%;将该探测方法运用至夏克哈特曼波前传感器中,与传统质心探测法相比,最大质心偏移量由传统方法的0.92 piexl下降至0.2 piexl。证明了算法的稳定性和探测精度。

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=3.39μm),测量精度优于λ/10 (λ=3.39μm)。

基于图像处理技术的光斑质心高精度测量

针对传统的光斑质心测量方法子孔径窗口内远离光斑的噪声对一阶矩质心算法的影响,本文提出一种利用图像处理技术提高光斑质心探测精度的新方法。在哈特曼-夏克(H-S)波前传感器测得的光斑阵列图像中,采用自适应阈值方法优化每个子孔径的探测窗口,使探测窗口和光斑分布区域最佳匹配;然后在探测窗口内,采用线性插值方法提高图像的分辨率,使测得的光斑图像更接近于原始图像,并平滑了图像噪声,从而提高传感器的探测精度。仿真实验结果表明,和传统方法相比,新方法提高了光斑质心测量的探测精度、重复性和稳定性。

人眼波前像差及准分子激光手术矫正的研究

波前像差严重影响了人眼正常的视觉质量,引入Hartm ann-Shack波前传感器可有效地测量人眼的各阶像差,结合自适应光学中Zern ike多项式重建波前的理论。建立人眼波前像差和角膜切削量模型的关系模型,利用准分子激光发射的激光脉冲去除定量的角膜组织,从而改善人眼视觉质量。应用表明,人眼像差测量和由像差引导的准分子激光手术矫正具有明显的临床医学价值。