大口径环形分段光学系统基准构建方法

为了更好地对大口径分段望远镜进行集成检测与稳定性保持基准构建,本文提出一种大口径环形分段光学系统基准构建方法。首先,采用局部光瞳投射的方式实现光瞳对准映射;其次,利用微透镜阵列构建系统共焦空间基准;之后,基于环带整体调控模式,采用共焦与曲率半径联合分析,实现曲率半径与系统对准的共同调节;最后,利用白光干涉所形成的条纹包络进行粗共相探测,并利用通道光谱方法实现粗共相与精共相间的精度衔接,空间共焦基准定位精度优于125μm,共相基准覆盖范围优于20μm,精度优于0.5μm,光谱基准不确定度优于5%。实现了不同时空特征扰动的分层次、多模态抑制,利用以上共基准原位测量新方法有效提升了光学系统原位计量检测精度并缩短了溯源链长度,增加了检测效率与准确度。

液晶空间光调制器及其在自适应光学中的应用

液晶空间光调制器(LC-SLM)通过对液晶折射率的调制来实现对光程的控制,在自适应光学中起着重要的作用。文章梳理了国内外LC-SLM的发展现状,对LC-SLM的工作原理和相位标定原理进行了详细介绍,针对LC-SLM在自适应光学中的应用,对国内外LC-SLM关键技术研究状况进行了讨论,分析总结了西安理工大学在该领域的实验研究。最后展望了LC-SLM的应用前景。

自适应光学视觉模拟器测量波前像差的重复性及与OPD-Scan Ⅲ的一致性研究

目的:评价自适应光学视觉模拟器(VAO)测量全眼高阶像差的重复性及与OPD-ScanⅢ测量全眼高阶像差的一致性。方法:采用横断面研究方法。纳入2023-08/09在成都东区爱尔眼科医院屈光科就诊的近视患者204例204眼(均取右眼数据)。由同一位操作熟练的检查者分别使用两种设备进行检查,使用VAO测量4.5 mm瞳孔直径下3-6阶的高阶像差,VAO和OPD-ScanⅢ测量3-6 mm瞳孔直径下全眼总高阶像差(tHOA)、球差(SA)、彗差(Coma)和三叶草像差(Trefoil),评估VAO测量全眼像差的重复性及两种设备的一致性。结果:VAO测量全眼的高阶像差均显示较高的重复性(0.767≤ICC≤0.941、Sw<0.01μm、TRT<0.1μm)。4-6 mm瞳孔直径下VAO与OPD-ScanⅢ的Coma测量值无差异(P>0.05),其余瞳孔直径下全眼总高阶像差的测量值均有差异(均P<0.05)。VAO与OPD-ScanⅢ的3 mm瞳孔直径下各阶像差以及4、5 mm瞳孔直径下的SA、4 mm瞳孔直径下的Coma测量值的95%LoA<0.1,显示一致性较好,其余瞳孔直径下的像差测量值的95%LoA>0.1,显示一致性较差,两种设备3 mm(r=0.218-0.317,P<0.01)、4 mm(r=0.406-0.672,P<0.01)、5 mm(r=0.538-0.839,P<0.01;r=0.030-0.109,P>0.01)以及6 mm(r=0.369-0.766,P<0.01)瞳孔直径下高阶像差测量值差异较大。结论:VAO测量3-6 mm瞳孔直径下全眼高阶像差结果时具有良好的重复性,但VAO与OPD-ScanⅢ的3-6 mm瞳孔直径下的全眼高阶像差测量值存在差异性,一致性较差,临床应用不可互换。

一般各向异性介质中qS1和qS2波波前分离

地震波在各向异性介质中传播时存在横波分裂现象,可用于研究岩石中地震波传播特征和了解地下介质各向异性参数.一般各向异性介质中计算三种地震波(qP,qS1,qS2)相速度和群速度的研究日趋成熟,但分离qS1和qS2波的波前仍然是一项具有挑战性的工作.为此,本文基于新近给出的一般各向异性介质中三种波(qP,qS1,qS2)群速度的解析计算公式,依据相速度光滑连续的条件给出相邻方向上qS1和qS2波识别方法;为避免数值计算误差造成识别错误,构建了置信度函数,并借鉴快速行进法的思想逐点进行判别以分离qS1和qS2波的波前,最终得到三种波(qP,qS1,qS2)各自独立且完整的波前面.多个数值模拟试验结果表明,该算法适用于不同类型各向异性介质,且不受波前复杂程度的影响,具有较高的稳定性,可为一般各向异性介质中多次波射线追踪、多震相走时反演以及横波分裂研究等提供算法支持.

多镜面大视场主动光学望远镜调控方法

为了更好地实现多镜面大视场主动光学望远镜波前像差抑制、提升望远镜探测能力极限,本文基于望远镜视场边缘内置的错位型曲率传感器进行波前感知,并利用功率谱对波前感知结果进行分析,进而基于波前像差的空间频率特征进行调控。首先,基于复光场理论分析了非瞳面对系统波前调控的影响机理。其次,分析了本方法在多镜面大视场主动光学望远镜调控过程中的精度特性。再次,利用桌面实验对多镜面大视场主动光学望远镜调控的可行性进行了验证。最终,波前重建结果与理论波前相关性高于0.85。利用功率谱对各个视场的空间频率特性进行了分析,与单纯使用均方根对多镜面影响敏感度进行分析的方法相比,灵敏度提升了20%。

基于波形群灵敏角特征的输电线路故障单端行波辨识与测距

针对输电线路单端行波测距难以可靠、有效辨识第二个波头的不足,该文提出基于波形群灵敏角检测的单端行波辨识与测距方法。首先,对线路故障波过程的解析和规律分析,发现波头局部波形呈现灵敏角和非轴对称性的特点。进而提出利用Radon变换变角度投影检测最灵敏角并判别最灵敏角两侧非轴对称特性,实现单端故障初始行波及多次同极性行波群的可靠辨识。最后,基于多次同极性行波到达时差构造多测距算式,输出最合理测距结果。所提方法将时域波头辨识转化为波形图像空间域最灵敏变化方向和几何轴对称性的检测,抗干扰能力强,大幅提升检测可靠性和后续波头的识别能力,提升单端测距算式冗余性。大量实测和仿真数据测试表明,算法有效、可靠、直观,适用范围广,为单端行波分析故障测距及扩展应用提供了新思路。

真地表速度建模技术在复杂山地地震资料成像中的应用

传统的叠前深度偏移成像技术将偏移成像和静校正问题分开处理,在复杂山地资料处理中,由于地表条件复杂、近地表横向速度变化剧烈、高速层出露等问题,基于地表一致性假设的静校正处理会引起波场畸变,导致旅行时计算误差较大,影响深度偏移成像效果。因此,提出了一种基于真地表偏移面的全深度建模与成像技术方案,从地表高程面开始速度建模,计算旅行时,将静校正问题隐含在偏移成像过程中,在复杂山地资料处理中取得了较好的应用效果。

基于AMASPGD算法的FSOC系统波前畸变校正及性能分析

为了抑制相干自由空间光通信系统中大气湍流引起光信号波前失真的不利影响,提出了一种基于聚合动量(AM)和自适应矩边界(AdaMod)优化器的增强型随机并行梯度下降(SPGD)算法。仿真结果表明,该优化算法可以显著提高收敛速度和鲁棒性,并有效降低波前畸变的峰谷值和均方根,从而更有效地抑制大气湍流对相干自由空间光通信(FSOC)系统混频效率和误码率的负面影响。

SMILE和WG-FS-LASIK治疗低度无散光近视患者术后早期视觉质量比较

目的比较飞秒激光小切口角膜基质内透镜取出术(SMILE)和波前像差引导的准分子激光原位角膜磨镶术(WG-FS-LASIK)治疗低度无散光近视患者术后的早期视觉质量。方法选择2022年3月至6月在广西壮族自治区人民医院视光中心行SMILE治疗的患者15例(30眼,SMILE组),行WG-FS-LASIK治疗的患者15例(30眼,WG-FS-LASIK组)。所有患者术前无散光且最佳矫正视力所需最低球镜度数均≤-3.00 D。于术前和术后1 d、1周、1个月测量视力、全眼像差(慧差、三叶草像差和球差)、客观散射指数(OSI)、调制传递函数截止频率(MTF_(cut-off))、斯特列尔比(SR)、可预测对比度视力(PVA)(包括PVA 100%、PVA 20%、PVA 9%)。比较两组观察指标测量结果。结果两组术后等效球镜、视力情况均较术前显著改善(P<0.05),但两组各时间点比较差异无统计学意义(P>0.05)。两组术后OSI、SR、PVA 9%均较术前显著改善(P<0.05)。WG-FS-LASIK组在术后1 d、1周、1个月的OSI水平均显著低于SMILE组(P<0.05)。在术后1个月,WG-FS-LASIK组PVA 9%显著高于SMILE组(P<0.05)。SMILE组和WG-FS-LASIK组术后慧差均呈先上升后下降的趋势,但WG-FS-LASIK组变化幅度更小,在术后1 d、1周、1个月,WG-FS-LASIK组慧差小于SMILE组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论SMILE和WG-FS-LASIK均能提高低度无散光近视患者术后早期视觉质量,但WG-FS-LASIK早期视力恢复更好,且夜间视觉质量改善更优。

波前像差引导的LASIK与SMILE手术对屈光不正患者视觉质量及泪膜稳定的影响

目的 探究波前像差引导的准分子激光原位角膜磨镶术(WF-LASIK)与飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(SMILE)手术对屈光不正患者视觉质量及泪膜稳定的影响。方法 选取2020年1月-2023年1月我院诊治的屈光不正患者60例(120只眼)作为研究对象。根据手术方式不同分为WF-LASIK组(30例,60只眼)与SMILE组(30例,60只眼),比较2组裸眼视力、屈光度、视觉质量、泪膜稳定及并发症。结果 经重复测量方差分析:两组裸眼视力、球镜、柱镜、等效球镜的时间效应有统计学意义(P<0.05),且WF-LASIK组术后1、3mo裸眼视力高于SMILE组(P<0.05);两组球差、水平彗差、垂直彗差、总高阶像差、泪膜破裂时间、泪液分泌试验的时间效应、组间效应及交互效应均有统计学意义(P<0.05),且WF-LASIK组术后1、3mo球差大于SMILE组(P<0.05),水平彗差、垂直彗差、泪膜破裂时间、泪液分泌试验低于SMILE组(P<0.05)。两组并发症总发生率比较无统计学意义(P>0.05)。结论 屈光不正患者通过WF-LASIK与SMILE手术均能获得良好视力效果,其中WF-LASIK手术在视觉质量方面具有较明显优势,SMILE手术在泪膜稳定性方面具有明显优势。

基于波前整形和自适应光学的水下可见光通信系统

为了解决水下可见光通信中复杂的水下湍流、散射环境对光束造成的畸变而导致信号传输失败的问题,使用随机相位屏方法模拟了水下湍流信道,在发射端对光束进行波前整形实现远距离聚焦,接收端使用自适应相位恢复算法对接收端光斑进行恢复。在1.2 m水下实验平台使用比特功率加载技术发射离散多音信号(discrete multi-tone, DMT)信号测量接收光功率与数据传输速率的对应关系,基于此,预测了100 m湍流环境下可见光信号的传输速率,与经过波前整形以及自适应相位恢复后的结果对比得到,所提出的方法可以使得水下可见光系统的传输速率得到极大提升。

深度学习在波前重构与波前预测中的研究进展

深度学习技术与自适应光学技术的结合,预期能够有效提升波前校正效果,并能更好地应对更复杂的环境条件。详细梳理了在波前重构技术和波前预测技术方向上应用深度学习的研究进展,包括研究者在这两个研究方向中所采用的具体研究方法以及相应的神经网络结构设计,同时分析了这些神经网络在不同实际应用场景下的性能表现,并对不同神经网络结构之间的差异进行了比较和讨论,探究了结构差异所带来的具体影响。最后,总结了深度学习在这两个方向上的已有方法,并就未来深度学习与自适应光学技术如何深度融合的发展趋势进行了展望。

基于掩模光刻的液晶波前校正器设计与制备

液晶波前校正器通常基于液晶显示器的工艺制备而成,因此其研制成本高、定制难度大。本文基于掩模光刻法制备液晶波前校正器,以实现液晶波前校正器的专用化、低成本研制。基于掩模光刻技术设计并制备了91像素的无源液晶驱动电极,并封装成液晶光学校正单元。设计并制备了驱动连接电路板,实现了液晶光学驱动单元和驱动电路板的匹配对接。对液晶波前校正器响应特性进行检测。结果显示,其相位调制量为5.5个波长,响应时间为224 ms。利用Zygo干涉仪进行球面波的产生和静态倾斜像差的校正。结果显示,其可以产生正负离焦波前,且对水平倾斜像差校正后,Zernike多项式中第一项的值从1.18降至0.16,校正幅度达86%,实现了像差的有效校正。本文的研究工作可为液晶波前校正器的研制提供新思路,进而拓宽其应用领域和场景。

哈特曼-夏克波前传感器高精度球面波标定方法研究

为解决哈特曼-夏克波前传感器传统标定方法存在的测量精度低、稳定性不足等问题,提出了一种基于球面波的哈特曼-夏克波前传感器高精度绝对标定方法。通过理论推导获取了球面波的高精度标定方法,结合搭建的球面波标定实验装置,对子孔径数为128×128的哈特曼-夏克波前传感器完成高精度标定。该方法计算得到了哈特曼-夏克波前传感器结构参数f,w以及L_(0)的精确值。对标定后的哈特曼-夏克波前传感器的测量精度进行测试,实验结果表明,经本文方法标定后的哈特曼-夏克波前传感器的波前复原精度达到了PV=1.376×10^(-2)λ,RMS=4×10^(-3)λ(λ=625 nm),重复性精度为PV=3.2×10^(-3)λ,RMS=9.76×10^(-4)λ(λ=625 nm)。该方法可以为大口径的SHWFS完成高精度标定,提升测量精度。

集成波前转换与极化转换功能的低散射超表面设计

针对复杂电磁环境中的多功能微波复合材料设计问题,提出了一种兼具通带内波前转换与极化转换以及通带外雷达散射截面减缩功能的超表面设计。超表面在两个正交的横向方向上维持相同的透射相位梯度以及固定的π/2透射相位差异,以实现具有平面波前的圆极化电磁波与具有球面波前的线极化电磁波之间的互易转换。同时,通过级联频率选择有耗层构造了电路模拟吸波结构,以使超表面在透波窗口外的雷达散射截面得到有效减缩。进一步,由一副线极化渐变缝天线单元作为置于球面波相位中心处的初级辐射源,在透射后的主瓣方向上宽频范围内观察到了具有增强增益和圆极化特性的次级辐射,增益增强带宽为57.14%,主瓣方向3 dB轴比带宽为35.50%。在透波窗口外的低频端,不低于10 dB的雷达散射截面减缩带宽可达113.12%且该减缩效果具有良好的斜入射稳定性。实测结果和全波仿真结果的良好吻合验证了该设计的有效性。

波前编码红外成像系统的温度梯度适应能力探究

利用波前编码技术为红外光学系统进行无热化设计可提高其在不同均匀工作温度下的适应能力,但针对温度突变、成像系统内温度分布不均情况,波前编码技术是否能正常进行成像及其适用的温度范围还有待进一步研究.为简化分析流程,采用温度梯度模型来仿真非稳态下的温度变化.利用温度梯度模型来定性分析光学系统在轴向、径向温度梯度为系统引入的附加像差.计算两个方向下的光程差变化来比较两种温度梯度环境下系统的成像性能差异.在此基础上,为非稳态温度环境下红外光学系统的设计建立了结合光/机/热分析的无热化设计流程,通过ZEMAX设计了一套最大轴向尺寸为85 mm、最大径向尺寸为25 mm的红外光学系统,通过SolidWorks加载轴向和径向的热形变,探究所设计的系统能够适用的温度梯度范围.结果表明,结合光/机/热分析的无热化设计流程可以有效表明系统在非稳态温度下的成像情况.对上述采用三次相位板进行无热化设计的红外光学系统,在非稳态温度下可以适应±10℃的轴向温差范围,但是仅可以适应±1℃的径向温差范围.因此在进行红外波前编码光学系统的无热化设计时,需要对径向方向进行重点优化.

基于曲面拟合的光学偏折系统显示屏标定方法

针对透射式光学偏折系统中最关键的标定环节,提出使用曲面拟合方式拟合显示屏幕面形分布。建立基于透射式光学偏折术的波前检测仿真模型,分析两种不同的显示屏面形拟合方法对波前测量的影响。仿真结果显示:平面屏幕模型波前像差均方根误差(RMS)值为0.8375μm,而曲面屏幕模型仿真波前像差RMS值仅为0.0596μm。采用透射式光学偏折系统对球面透镜进行波前测量,曲面屏幕模型中波前像差RMS值为0.1371μm,平面屏幕模型中波前像差RMS值为1.4326μm。实验结果表明:使用曲面拟合效果明显优于平面拟合效果,证明了曲面拟合屏幕模型的可行性。

大口径多波段光束质量检测系统设计

光谱合成技术是实现高能激光输出的重要技术途径,如何在高功率输出的前提下,保证高光束质量的激光输出已成为当前光谱合成技术最迫切要解决的问题。本文针对155 mm×140 mm矩形口径、(1 064±3)nm、(1 030±3)nm和(635±5)nm波段光束的参数检测问题,设计了大口径多波段多参数检测系统。波前检测单元基于开普勒的望远结构,在构建变形镜与微透镜共轭关系的同时,压缩光束口径以匹配探测器尺寸。前组物镜采用卡塞格林结构,以解决大口径、多波段的色差校正难题;后组镜采用三片式复消色差折射镜组,补偿色差的同时,兼顾无热化设计,用以补偿前组物镜的残余热差和后组镜热差。经波前检测单元后进行分光探测,实现光束质量和光束均匀性检测。为了提高系统的环境适应性,采用光学被动无热化方法对系统进行了20℃±10℃的无热化设计。最后,对系统进行装调测试,采用泽尼克波前复原方法对波前探测相机采集的光斑图像进行波前复原,测得10℃~30℃下系统波前的RMS值优于0.052 4λ(λ=632.8 nm),光束均匀性优于0.893,光束质量β因子优于1.26倍衍射极限。

中心不重合径向剪切干涉迭代波前重构算法仿真分析

径向剪切干涉测量时经常会出现扩束与缩束光波中心不重合情况,传统波前重构算法会导致较大重构误差,其应用受到挑战。推导了中心不重合径向剪切干涉迭代波前重构算法,仿真分析了组合像差、单阶Zernike像差、中心偏移量大小及其计算误差对重构算法的影响。结果表明,在剪切光波中心不重合情况下,该文算法能够准确进行波前重构,重构效果显著优于传统算法;在论文仿真条件下,随着中心偏移量的增大,本文算法重构波面均方根误差(RMS)不高于0.05λ,而传统算法重构误差RMS值达1.6λ且与偏移量近似线性相关。

基于迭代算法的不同状态散射光场聚焦

透过散射介质传递光学信息在生物医学、航空航天等领域具有广阔的应用前景.但是,当光通过散射介质后会引起波前畸变,导致光学信息失真.基于波前振幅调制技术是利用优化算法不断对入射光波前振幅进行调整,找到可使目标区域光强最大对应的波前振幅分布.实验主要研究通过波前振幅调制使透过散射介质的空间光实现光聚焦,讨论在不同持续时间的散射光场中控球后卫算法与遗传算法对散射光场的调控能力.实验结果表明,在散射介质持续时间相同的情况下,控球后卫算法可以实现比遗传算法更高增强因子的聚焦点以及更均匀的多点聚焦.