虚共焦非稳腔腔内失调因素分析及实验研究

在腔内失调理论分析基础上,采用Hartmann-Shack波前传感器实验研究了无源正支共焦非稳腔失调后输出光束像差特性,结果表明,腔内倾斜像差对光束强度分布有显著的影响,但小的腔内倾斜扰动不会使输出光束的相位分布中的高阶像差发生变化。当腔镜垂轴移动偏离光轴时,可能引起某些Zernike高阶像差,如彗差和像散的增大,但首先带来的是Zernike倾斜像差,类似于引入腔内倾斜扰动时的结果。因此在做腔内像差自适应校正时,应首先考虑腔内倾斜像差的校正。该方法为腔内像差特性的研究和像差校正提供了一定参考。

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。

猫眼波前定位虚实结合干涉非球面参数误差测量(特邀)

非球面广泛应用于光学系统中。表征非球面的基本参数包括顶点曲率半径、圆锥系数以及高阶非球面系数,它们贯穿了非球面的设计、制造、检测、装调过程。对非球面参数的高精度测量是加工和装调的前提。提出了一种基于虚实结合干涉仪的部分补偿非球面参数误差测量系统。在该系统中,采用部分补偿干涉法测量剩余波前,复用干涉仪利用轴向扫描透镜的猫眼波前定位法测量补偿镜与被测镜之间的间距,采用虚实结合迭代算法进行参数误差求解。该系统仅需在部分补偿干涉光路中引入会聚透镜,装调简单,测量精度高。通过一个四次非球面参数误差测量实验验证了该方法的有效性和精度。

虹膜定位波前像差引导的LASIK术像差的改变与视觉质量的关系

目的:通过Wavescan波前像差分析仪检查和分析虹膜定位波前像差引导的LASIK手术前后波前像差的改变与视觉质量的关系。方法:随机抽取66例(130眼)行虹膜定位波前像差手术的病人。分别于术后1 d、1周和1、3、6个月检查裸眼视力(uncorrected visual acuity,UCVA)及满意度调查,术后3个月行波前像差检查。结果:术前平均最佳矫正视力(best corrected visual acuity,BCVA)为1.02±0.13,术后6个月平均UCVA为1.06±0.14,术后6个月平均UCVA较术前平均BCVA高(P<0.05),视觉质量满意度为96.92%。术后总体像差均方根值(root of mean square of general aberration,RMSg)明显减小(P<0.01),高阶像差均方根值(root of mean square of higher aberration,RMSh)增大(P<0.01),高阶像差所占的百分比(Hi order)增大(P<0.01),C4减小(P<0.01),C7增大(P<0.05),C12增大(P<0.01),三叶草差Z33减小,C8增大。结论:虹膜定位波前像差引导的LASIK手术有助于提高患者的视觉质量,Zernike函数C7、C12增大与术后视觉质量有一定关系。

采用H-S波前传感器探测虚共焦非稳腔输出光束波前像差

在腔内失调理论分析基础上,实验研究了无源虚共焦非稳腔失调前、后输出光束波前像差特性。结果表明,用Hartmann-Shack波前传感器进行探测,并用模式法进行波前重构可以较好反映输出光束波前像差,虚共焦腔耦合输出调腔光的波前Zernike像差主要集中在前15阶,其中比较显著的像差有离焦Z3、低阶像散Z4和Z5、以及球差Z10。且腔内倾斜扰动对光束强度分布有显著的影响,可能引起某些Zernike高阶像差如离焦、慧差和像散的增加,但首先带来的是Zernike倾斜像差的增大。因此在作腔内像差补偿时,应首先考虑腔内倾斜像差的补偿。

光刻物镜波像差检测平台针孔对准装置的研制

针对光刻物镜波像差检测平台上的针孔定位的需求,设计了一种并联式二维微定位机构,并对该装置的结构特点进行了讨论。该结构具有良好的自解耦功能和较低温度敏感度。并通过有限元方法对针孔定位装置在受力状态下的变形情况进行了模拟,并进行了模态分析,证实了该针孔定位装置具有的特性能够很好地满足光刻物镜波像差检测的针孔定位需求。

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。

同轴三反线阵空间相机宽视场波前误差的在轨检测方法

针对同轴偏场三反射镜系统,提出了一种宽视场波前误差检测方法。通过3个视场的波前误差检测,得到相应视场像差的Zernike多项式系数,利用该Zernike多项式系数减去设计误差后,随视场的变化为二次曲线,通过抛物线插值即可得到任一视场的Zernike多项式系数。仿真研究了Zernike多项式系数随视场的变化以及拟合精度等问题。仿真结果表明:对于原始设计误差,其Zernike系数随视场的变化需要用3次或4次曲线拟合;对于由主镜面形误差、次镜位置误差、次镜面形误差和三镜面形误差等引起的各视场波前误差,其Zernike系数随视场的变化可用直线或2次曲线拟合。通过事先存贮设计误差,仅需3个波前传感器即可实现全视场波前误差估计。Zernike系数估计误差在10-5量级。

近场通信与定位:从球面波前模型到电磁场理论

介绍并推导了电磁衍射域的感应近场区域、辐射近场区域、菲涅尔区域和远场区域的边界条件和辐射特征。针对辐射近场区域的通信,介绍了球面波前模型,认为通过球面波前模型可以正确地建模近场通信信号。针对辐射近场区域的定位,球面波前模型不再准确,因此采用电磁场理论去建模近场信道,并提出了一个通用的近场定位模型,进而基于估计理论推导了近场定位的克拉美罗界。

利用腔内凹面镜控制输出光束稳定性的激光系统

本文给出了一种控制正支共焦非稳腔输出光束稳定性的激光系统。利用哈特曼波前传感器实时测量谐振腔内的倾斜扰动像差,基于该像差信号,采用一台步进电机作为主控器,并采用比-积分-微分(PID)控制算法控制一块高反射率的凹面腔镜完成腔内倾斜扰动的自动校正。理论和实验研究表明:本系统能够快速稳定地控制正支共焦非稳腔失调引起的倾斜像差,实现正支共焦非稳腔输出光束的自动稳定。

屈光不正给予飞秒激光预制瓣膜并虹膜定位波前像差引导下个体化激光切削术的临床研究

目的研究屈光不正给予飞秒激光预制瓣膜并虹膜定位波前像差引导下个体化激光切削术的临床效果。方法本研究于2017年1月至2019年4月纳入我院收治的屈光不正患者为研究对象。根据纳入和排除标准筛选110例,并根据随机平均的研究原则分为对照组和观察组。对照组行传统激光角膜原位磨镶术。观察组给予飞秒激光预制瓣膜并虹膜定位下波前像差引导下个体化激光切削术。结果对比两组术前等效球镜、残余屈光度、术后散光的统计学结果显示,差异无统计学意义(P>0.05)。对比两组手术切削量、裸眼视力的统计学结果显示,差异有统计学意义(P<0.05)。结论屈光不正给予飞秒激光预制瓣膜并虹膜定位下波前像差引导下个体化激光切削术的手术切削量更准确,术后患者裸眼视力更佳。

光栅刻划机阿贝误差对光栅衍射波前质量的影响及其校正方法

衍射波前质量是衡量刻划光栅性能的重要指标之一,光栅刻划机若存在阿贝误差,将直接影响刻线位置精度,从而影响光栅的波前质量。建立了刻划机阿贝误差与光栅衍射波前质量的物理模型,并分析了该误差对波前质量的影响。针对该误差设计了一种基于双频激光干涉测量的阿贝误差测量光路,测量了刻划机的阿贝误差,根据物理模型对其导致的光栅衍射波前误差作了仿真分析,并提出了基于双层工作台结构的误差控制校正方法。对两块尺寸为80mm×100mm、刻线密度为79groove/mm的中阶梯光栅进行了阿贝误差校正前后的对比刻划实验。结果表明,通过对阿贝误差的测量和校正,光栅闪耀级次为-36级的衍射波前误差由0.529λ降低至0.159λ(λ=632.8nm),有效地降低了阿贝误差对光栅衍射波前质量的影响。

腔镜倾斜扰动对正支共焦腔输出光束模式的影响

针对激光器出光过程中腔内像差扰动带来的光束质量下降问题,分析了正支共焦腔腔镜倾斜扰动对调腔光模式的影响,采用等效透镜波导法计算了凹、凸腔镜倾斜失调状态下的调腔光模式分布、泽尼克(Zernike)像差系数。同时采用哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器方法对此进行了实验定量研究,用模式法进行了波前重构。得到了扰动量与泽尼克像差的定量关系。结果表明,凹镜倾斜扰动对腔模的影响大于凸镜,对于大菲涅耳数非稳腔,腔内倾斜扰动量与腔外泽尼克倾斜系数具有良好的线性关系,若对凹、凸腔镜分别施加等量倾斜扰动,带来的腔外泽尼克倾斜系数比率约为光腔放大倍率。且腔模倾斜像差增加的同时还将导致离焦、像散等高阶像差的增大,因此作腔内相位补偿或校正时,应使补偿或校正平面尽可能靠近凹面镜;最后对实际激光束与He-Ne调腔光束的异同作了简要比较。

扰动对非稳腔模式的影响和腔内倾斜像差校正

采用哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器分析了腔内扰动对无源正支共焦腔调腔光模式的影响,用模式法进行了波前复原计算。引入等量扰动,腔内凹镜对于腔模的影响大于凸镜;且对于大菲涅耳数非稳腔,腔内倾斜扰动量与输出光束中查涅克(Zernike)倾斜像差系数具有较好线性关系。建立了基于哈特曼-夏克波前传感器进行腔外探测,控制腔内凹镜的低阶像差校正系统,比较了在不同腔内扰动状态下对倾斜像差的控制结果。实验表明,对于腔内扰动频率较低或者准静态的情况,控制系统对腔内倾斜像差的校正具有较好的效果。

哈特曼-夏克波前传感器子孔径合并的理论研究

在大气湍流条件较好而被探测信标光信号极弱的工作条件下 ,自适应光学系统在实际的应用中需要采用子孔径合并的部分校正方式。本文针对云南天文台 1.2 m高分辨率自适应光学系统中的哈特曼 -夏克 ( Hartmann- Shack)波前传感器结构 ,从光子起伏噪声和 CCD像素读出噪声对子孔径内哈特曼光斑质心探测精度的影响的角度 ,对子孔径软件合并和硬件合并两种方案进行了理论分析和计算 。