基于P-U-net的角锥波前探测器的波前校正方法

自适应光学技术被广泛应用于像差的校正,但在实际应用中,闭环校正需要较长的时间,并且由于变形镜的非线性响应,传统的开环校正方法的校正精度会受到影响。本文提出一种基于P-U-net网络的角锥波前探测器波前校正方法。P-U-net通过数据训练建立了整个自适应光学系统的模型,在角锥波前探测器的光瞳图像与变形镜的控制电压之间构建了直接的非线性映射关系。可以通过角锥波前探测器的光瞳图像直接计算变形镜的控制电压。通过使用仿真自适应系统理论验证了该方法的可行性,可以在50 ms内完成像差校正,校正精度达到0.1μm。与传统的闭环自适应校正算法相比,本文方法可以在更短的时间内完成像差校正,达到更高的精度,具有很好的应用前景。

利用内腔变形反射镜补偿激光器畸变的研究

固体激光器中,增益介质由于热沉积产生的热畸变严重影响了激光器的稳定性和输出功率以及光束质量。为了补偿激光器腔内畸变,采用了一种利用变形反射镜作为内腔反射镜的方法,运用静电力作用于变形薄膜反射镜,来改变谐振腔的结构。从外部引入一束参考光通过激光腔,利用波前探测器可测得腔内畸变对参考光的影响,并利用变形反射镜校正此畸变。实验结果表明,该方法能对腔内畸变进行有效的补偿,提高激光器的输出功率及光束质量。

基于MEMS技术的自适应光学系统的研究

用自适应光学系统来校正由大气湍流等产生的波前畸变,能够得到很好的效果。通过对自适应光学系统的工作原理进行研究,提出了一种基于MEMS技术的微小型自适应光学系统校正波前畸变的方法,将MEMS技术应用于变形反射镜,并构建了具体的实验平台,用来校正一种人为产生的波前畸变,且阐述了具体的实验过程。实验结果表明,基于MEMS技术的自适应光学系统能够很好地闭环校正波前畸变,且其体积小、质量轻、校正性能稳定,为自适应光学技术在星载相机上的应用提供了依据。

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。该方法利用核心处理模块重复利用的方式完成子孔径内光斑质心的计算,并通过USB3.0将处理后的质心数据实时传输给PC机。处理机以一片XILINX公司Kintex7-XC7K325T的FPGA作为处理芯片进行了设计,结果表明:该算法可对560帧/s的1020×1020图像(580 MB/s数据量),56×56子孔径哈特曼传感器,进行低延时实时光斑质心计算,提高了系统的波前处理速度和整个自适应光学系统的控制速度。

离轴全反射施密特系统设计

为满足紫外宽光谱大视场焦平面光学成像系统的设计要求,研究了全反射施密特光学系统.分析了球面反射镜曲率中心波前,推导了透射及反射施密特校正板方程.为避免光线被遮挡,设计了离轴全反射施密特光学系统.在宽光谱（240～950nm）大视场（±5°）离轴全反射施密特系统中,当λ=0.24μm,u′m=5°时,Δf≤0.031 5mm,探测器控制在焦深范围内,光学系统成像质量达到了衍射极限.该施密特光学系统设计方法适用于宽波段高分辨率紫外成像系统.

基于波前编码的弹载相控阵探测器凝视高分辨成像

为实现前视高分辨成像,新型精确制导弹药需对其搭载的相控探测器成像算法进行研究。提出一种基于波前编码的凝视高分辨成像算法,结合自适应单脉冲响应曲线(MRC)实现前视高分辨探测。利用波前编码形成探测波束非平面波前,以增加瞬时回波信号中所携带目标区域强散射点的有效信息;同时自适应MRC技术为载弹提供方位向的高分辨测角能力,直接利用回波信号动态优化MRC使测角剖面聚焦,并对影响成像精度的因素进行了分析。仿真实验和外场试验结果表明:非平面波前成像误差最大值为2.4 m左右,实际回波信号进行成像处理时方位向与距离向的误差均小于2.5 m,满足载弹实际需求。

高能激光器自由旋涡气动窗口激光波前畸变的初步研究

分析了用哈特曼 夏克波前传感器研究高能激光器自由旋涡气动窗口对输出激光波前畸变的原理 ,并利用37单元哈特曼波前传感器实验研究自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响。结果表明 ,自由旋涡气动窗口对输出激光波前的影响主要是光束偏转和离焦 ,而其他低阶及高阶像差都比较小。由于透射激光束的偏转是稳定的 ,很容易由倾斜镜进行校正 ,因此稳定工作状态下的自由旋涡气动窗口能够满足实验需求。

高精度相位差波前探测器的数值仿真和实验研究

相位差(PD)波前探测器具有光路简单、共光路测量等优点,不仅适合点目标,而且适合扩展目标。随着算法和硬件水平的不断提高,相位差法已经成为波前探测技术的一个重要发展方向。对相位差波前探测器进行了研究,成功实现了对点目标和扩展目标的波前探测,给出了数值仿真结果。针对点目标,搭建实验光路,对静态的单阶Zernike像差和随机像差进行探测,分析了影响探测精度的主要因素。结果表明,相位差波前探测器可以准确地探测波前,在给定的实验条件下,相位差法对低阶像差探测的均方根误差小于λ/100,对随机像差的探测的均方根误差小于λ/50。

哈特曼-夏克波前传感器的高精度质心探测方法

为提高哈特曼-夏克波前传感器(HS-WFS)的光斑质心探测精度以实现光学系统的高精度波前检测,提出了一种有效的质心探测方法。该方法利用非线性滤波和窗口法对整幅光斑图像进行全局处理后,结合中值滤波、三次样条插值和自适应Otsu阈值法对单个光斑进行局部处理。分析了三次样条灰度插值点个数不同,探测精度和计算时间的变化规律。采用该方法探测了含有噪声的光斑图像,其质心探测误差仅为0.0442pixel,比传统的非线性滤波、Otsu阈值法和探测窗口法探测精度分别提高了91.86%、87.97%和31.79%。对已知波像差的光学系统进行了仿真检测,得到的波前检测精度峰谷(P-V)值为0.0098λ,精度均方根(RMS)值达到0.0027λ。结果表明该方法能够提高质心探测精度,可用于高精度光学系统的检测。

提高夏克-哈特曼波前传感器光斑质心的定位精度

提出了一种提高夏克-哈特曼波前传感器光斑质心的定位精度算法,分析了光斑质心的探测误差,采用与光斑尺寸匹配的探测窗口及插值法提高了图像的分辨率,并使用二阶矩算法计算了质心位置。采用该算法对含有噪声的光斑图进行图像处理与计算,并给出了待测件的波前重构示意图。结果表明,相对于传统算法,该算法将质心的探测精度提高了约0.8倍。

用一维阵列探测器测量二维波面倾斜

提出了一种用一维阵列探测器测量光束的二维波面倾斜的方法，可用于高频倾斜测量，给出了初步实验验证。

LCSLM相位调制特性及其在非球面测量中的应用

液晶空间光调制器(LCSLM)在非显示领域有着广泛的应用。利用夏克哈特曼波前探测器对LCSLM的相位调制特性进行测量,结果表明,低阶Zernike模式的线性相位调制范围相对较大,随着调制范围的增加,衍射效率下降明显。对LCSLM用于非球面面形测量的可能性进行初步探讨,为扩展非球面面形检测方法提供一种全新的思路。

增量式数字光纤传感器的数码检测

当测量要求采取不受漂移和强度误差影响的数字形式时 ,采用线性或角度数字编码器。本文设计了一种数字光纤传感器 ,通过光的反射实现增量式数码器的数码读取与识别。我们提出了用 2个码道的编码器响应在左 -右 (或顺时针 -逆时针 ) 2个方向上的变化。

夏克-哈特曼波前探测器的距离-幂指数加权质心探测算法

对于暗弱目标探测,现有的方法仍然存在探测误差较大的问题,为了提高夏克-哈特曼波前探测器的质心探测精度,提出了一种改进的距离-幂指数质心探测算法。在不同情况下将所提算法与现有的几种质心算法进行对比,仿真结果表明,在不同信噪比、不同光斑直径、子区域不同像素等因素影响下,所提算法的质心探测误差低于其他算法的误差,且更为稳定。