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。

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%。

高功率激光辐照下光学天线的像质研究

离轴两反光学天线在高功率激光系统中起到改变光束直径的作用,而高功率激光加载下所产生的热效应使光学天线的像质劣化,严重影响高功率激光系统的性能。为量化其影响效果,建立了离轴两反光学天线的有限元分析模型,模拟高功率激光作用环境,完成了激光加载下的瞬态热分析以及静力学分析,并得到离轴两反光学天线激光加载时间对波前劣化的影响关系。使用齐次坐标变换的方法求解离轴主次镜的刚体位移,具体分析了各项刚体位移随加载时间的变化情况。通过Zernike多项式拟合的方法完成了镜面的波面拟合,将拟合结果导入ZEMAX中,最终得到了该光学天线在平均功率为1 000 W,重频为0.2 Hz,入光直径为30 mm的激光加载300 s下的波前均方差为0.064 6λ。为了进一步验证模型的准确性,使用较低功率(10 W)激光进行原理等效实验,结果表明光学天线在激光加载下实际波像差与模型仿真结果基本相符,偏差小于7.93%,该方法可以有效评价离轴两反天线在高功率激光加载下的像质劣化情况。

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。

基于投影光瞳分布的星地激光通信波前探测

为了解决星地自由空间光学通信系统中的提前角问题,采用了一种基于光强传输的新型波前探测技术——投影光瞳面分布(Projected Pupil Plane Pattern,PPPP),并通过实验室实验验证了该技术的可行性。PPPP基于TIE光强传输公式,根据不同传输距离下光强分布的变化反解出大气湍流引起的波前畸变。由于PPPP采用的是上行通信激光本身的后向瑞利散射,其测量的大气湍流方向与通信卫星方向一致,因此可以有效解决星地激光通信中的提前角问题。实验模拟了1 m口径的地基望远镜作为上行激光发射装置和后向散射光斑成像设备,通过等效高度分别为10 km和17 km的上行激光后向散射光斑图像来实现对10 km以下大气湍流的波前探测。实验采用的波前畸变模拟装置包括空间光调制器和透明塑料片,实验结果表明,对不同的波前畸变PPPP和通用的夏克-哈特曼波前探测器可以实现相似的波前重构,两者重构相位的残差约为初始相位的30%。

Joint 3D traveltime calculation based on fast marching method and wavefront construction

3D traveltime calculation is widely used in seismic exploration technologies such as seismic migration and tomography. The fast marching method （FMM） is useful for calculating 3D traveltime and has proven to be efficient and stable. However, it has low calculation accuracy near the source, which thus gives it low overall accuracy. This paper proposes a joint traveltime calculation method to solve this problem. The method firstly employs the wavefront construction method （WFC）, which has a higher calculation accuracy than FMM in calculating traveltime in the small area near the source, and secondly adopts FMM to calculate traveltime for the remaining grid nodes. Due to the increase in calculation precision of grid nodes near the source, this new algorithm is shown to have good calculation precision while maintaining the high calculation efficiency of FMM, which is employed in most of the computational area. Results are verified using various numerical models.

基于间接波前整形的近红外二区荧光共聚焦成像研究

生物组织散射引起的光学像差限制了光学系统的成像性能。本文研究了基于间接波前整形的近红外二区荧光共聚焦成像技术。首先,制备了高效率近红外二区荧光探针,降低该波段生物组织的散射有助于实现高对比度的活体组织成像。其次,研究了基于间接波前测量的自适应光学方法,将间接波前整形技术应用于激光扫描共聚焦显微系统中,以实现对生物组织引起的光学像差的测量与补偿,获得生物组织的高信噪比成像。最后,对基于间接波前整形的近红外二区荧光共聚焦成像系统开展了相关实验。实验结果表明,本系统对空气平板、散射介质和小鼠颅骨等产生的像差具有良好的补偿效果,最终信号强度较初始值分别提升了1.47、1.95和2.85倍,显著提升了最终的成像质量。

自由曲面镜补偿大功率激光波前畸变技术研究

对于一台性能稳定的激光器,在出光阶段整个系统处于热交换的稳定状态,即激光波前分布可以保持稳定不变。基于此特点,提出制造自由曲面镜,以校正激光器的波前畸变,提高光束质量。本文首先介绍了自由曲面镜的波前补偿原理、设计及加工过程,然后通过数学建模,从理论上对其波前补偿能力进行了仿真计算,最后在板条固体激光器中进行了波前补偿实验:在激光器输出功率为12.5 kW时,自由曲面镜对激光光束相位及远场光束质量都有明显的改善和提高。自由曲面镜不像变形镜那样受到致动器间距的限制,因此对于高阶像差的校正也更为有效,且成本低廉,再者也不会增加系统的复杂度,与自适应光学系统相比各有所长。

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。

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。