Zernike多项式拟合干涉波面的基本原则

全面分析了用Zernike多项式拟合光学干涉波面的方法及其过程,找到了拟合计算过程中出现“相关”或“病态”的原因,由此得到了用Zernike多项式拟合光学平面干涉波面遵守的基本原则－Zernike多项式拟合干涉波面的阶不能大于被测光瞳内干涉条纹的数量,以避免拟合计算过程中出现“相关”或“病态”,保证了干涉检测结果的可靠性。     

自适应光学波面相位重构的区域算法

探讨了波面相位斜率数据重构原始波面相位的区域算法，以重构速度和精度两项指标比较了多种解法，其中尤以奇异值分解求广义逆阵法为佳，重构波面相位后，用最小二乘法分离出倾斜量和离焦量 ，解决了待校正的相位信号动态范围大的问题，给出了计算模拟重构波面以及波前传感器实时重构波面的例子，区域算法适用于较大阵列的自适应光学系统，以及光学测量的剪切干涉图形的处理。     

用Zernike多项式拟合干涉波面不同算法的等价性研究

通过严格证明在Zernike多项式拟合光学干涉波面时,求解拟合系数的2种典型算法即最小二乘法和Gram-Schimdt算法的等价性,论证了求解Zernike多项式拟合系数的各种算法在求解过程中具有相同的稳定性。研究发现当其中一种算法在求解过程因故中断或拟合的干涉波面出现了突变,则另一种算法同样无法实现对该干涉波面的正确拟合。研究结果表明:用Zernike多项式拟合干涉波面,没有哪一种算法更优于其他算法,仅仅是求解过程不同而已,各种算法的可靠性是等价的。     

数字全息中参考光波面畸变对再现像的影响及消除

基于波相差理论，分析了数字全息记录过程中所用参考光可能存在的波面畸变；以傅里叶变换型数字全息为例，详细讨论了具有波面畸变的平面参考光对数字全息记录与再现的影响，外提出采用修正波面的再现光消除参考光波面畸变影响的方法．理论分析和模拟结果表明，这种方法能有效消除参考光波而畸变带来的影响，大幅度提高再现像的像质．     

利用径向剪切干涉法测量液晶空间光调制器的位相调制特性

研究了一种测量液晶空间光调制器的相位调制特性方法，采用共光路径向剪切干涉仪，对经空间光调制器调制后的波面进行径向剪切干涉后，获得其干涉条纹图，并用迭代算法计算其波面的相位分布，从而得到液晶光空间调制器上的相位调制曲线。     

实时全息三波面干涉仪的实验研究

提出了一种波面干涉与全息术结合制作的实时全息三波面干涉仪。可用于光学平面度,薄膜厚度的检测。与其它干涉仪相比,具有独特的优点。     

简单易懂的全息照相原理

本文从学生较熟悉的双缝干涉入手,引入线光源的全息记录,记录中不是位相差的记录而是位相的记录,学生容易理解。用波面的方法解释再现中实象为何是实,以及位置为何和虚象对称。     

径向剪切干涉测量中基于Zernike多项式的波前重建

径向剪切干涉波面不能直接反映被测光学波面，因此提出一种径向剪切干涉测量中被测波前重建的新方法．该方法基于Zernike多项式最小二乘法拟合的基本原理来确定波前重建表达式．推导出径向剪切相位Zernike多项式系数与被测波前Zemike多项式系数转换关系．对算法进行计算机模拟，并应用于实际径向剪切干涉测量，结果证明该方法具有可靠的波前重建精度．     

激光数字平面检测系统的误差分析与应用

根据对实际光学平面玻璃表面误差检测结果的分析，深入地研究了激光数字平面检测系统中的理论误差与系统误差，提供了如何根据拟合干涉波面的Zernike多项式的系数对被测表面误差类型的判别方法，并对干涉条纹数量和拟合Zernike多项式阶的大小对精度的影响进行了研究。     

选取基底函数进行干涉波面拟合的研究

基底函数的选取直接影响干涉波面拟合精度。Zernike多项式拟合收敛好,精度高,提供有用信息多,成为利用干涉图获得被检表面信息的理论基础和根本出发点。依据光学系统光瞳和被检表面形状选择相应形式的Zernike多项式作为基底函数。     

像散光束在自由空间中的传输特性

使用复波前矩阵Ｑ＾－１、Ｑ、复光线矢量概念和广义ＡＢＣＤ定律，对像散光束在自由空间的传输特性进行了研究，揭示了有像散特性的激光束在各向同性自由空间中的传输规律，并以数值计算例对所得结果作了说明。     

Aero-optical wavefront measurement technique based on BOS and its applications

A collimated light beam will be refracted if it propagates through a flow-field with index-of-refraction variations,and its wavefront will be distorted.If we measure the deflection angle of the light beam,the gradient of the wavefront can be obtained using the Malus law,and the wavefront aberration can be computed with a reconstruction algorithm.Two characteristics of background oriented schlieren(BOS) are conducive to wavefront aberration measurement:BOS can be used to measure the deflection angle of a light beam by measuring the displacement field between the reference image and the experiment image.Moreover,in a BOS system of Schlieren mode,only the ray perpendicular to the background image can be captured with a camera.This is helpful to measure wavefront aberrations that occur after a planar wavefront has passed through the flow-field.Based on these characteristics of BOS of Schlieren mode,a new wavefront measurement technique,which is called the BOS-based wavefront technique(BOS-WT),is proposed in this paper.It works by constructing the relationship between the displacement of the background image and the aero-optical wavefront gradient and uses the Southwell wavefront reconstruction algorithm.A BOS-WT system was assembled,and its temporal resolution was found to be 6 ns,and its temporal-correlation resolution reached 0.2 μs.A BOS-WT can measure the time-correlation transient wavefront quantitatively.It is simple and easy to operate.In this paper,we also present a study of the aero-optical performance of supersonic mixing layer based on our BOS-WT transient wavefronts at an interval of 5 μs.The results showed the wavefront was transient and distorted after it had passed through the mixing layer.Through the analysis of the data at the 5 μs interval,the temporal evolution of wavefront can be obtained.     

用计算全息法设计彩色显象管校正透镜

校正透镜用于彩色显象管制造时改变光线的轨迹,使之与电子束的轨迹一致,本文通过计算,求得传统的光学校正透镜的出射波面,利用干涉型计算全息实现波面变换,设计出计算全息校正透镜。     

Optical wavefront distortion due to supersonic flow fields

The optical wavefront distortion caused by a supersonic flow field around a half model of blunt nose cone was studied in a wind tunnel. A Shack-Hartmann wavefront sensor was used to measure the distorted optical wavefront. Interesting optical parameters including the peak variation (PV), root of mean square (RMS) and Strehl ratio were obtained under different test conditions during the experiment. During the establishing process of the flow field in the wind tunnel test section, the wavefront shape was unstable. However after the flow field reached the steady flow state, the wavefront shape kept stable, and the relative error of wavefront aberration was found small. The Shack-Hartmann wavefront sensor developed was proved to be credible in measuring quantitatively the optical phase change of light traveling through the flow field around model window.     

波前像差引导的激光眼屈光手术中角膜切削模型

基于改变角膜厚度可以改变眼屈光系统波前像差的原理,提出了一种矫正眼波前像差的角膜切削模型．首先给出理想参考平面波前和实际波前之间的位置关系,用一个通用的数学模型表示了波前像差;其次用Zernike多项式系列来描述眼像差结构,将波前像差表示成带权重的Zernike多项式系列累加和的形式;最后将眼波前像差转换为光程差的形式,用光程差表示了角膜切削厚度。并进一步得出角膜切削厚度同波前像差之间转换的数学模型(像差矫正模型)．该像差矫正模型在理论上能矫正包括低阶像差(近视、远视、散光)和高阶像差在内的35项像差．     

标准拉盖尔高斯光束在非Kolmogorov湍流中的平均光强和束宽

基于广义惠更斯菲涅尔原理,通过将拉盖尔高斯光束场方程转化为厄米多项式的形式,计算得到了在非Kolmogorov湍流中传输的平均光强和均方根束宽表达式.数值结果表明,光束阶数越大,波长越长,传输距离越短,则归一化平均光强曲线转变为高斯形式越慢,同时,湍流幂律指数和内尺度越大,基模高斯束宽和湍流外尺度越小,非Kolmogorov湍流对标准拉盖尔高斯光束的作用越小.     

Aero-optical aberration measuring method based on NPLS and its application

The existing methods for measuring aero-optical aberration suffer from several problems, such as low spatiotemporal resolution, sensitivity to environment, and integral effects. A new method for measuring aero-optical aberration of supersonic flow is proposed. Based on the self-developed measuring method of supersonic density field, the wavefront aberration induced by a cross-section of supersonic flow field could be measured by ray-tracing. Compared with other methods, the present one has three significant innovations: (1) high spatiotemporal resolution. Its time resolution is 6 ns, and the spatial resolution can reach up to micrometers; (2) it can avoid the integral effects and study the wavefront aberration induced by the flow field of interest locally; (3) it can also avoid the influence from the test section wall boundary layers and environmental disturbances. The present method was applied to supersonic flow around an optical bow cap. The results of high spatiotemporal resolution reveal fine wavefront structures, and show that shock waves, expansion waves and turbulent boundary layers have different impacts on the wavefront aberration.     

部分相干电磁光束在线性增益(损耗)介质中的传输特性

根据Wolf提出的电磁光束模型和部分相干光理论,以电磁高斯-谢尔模型光束为例,推导出光束在线性增益(损耗)介质中传输的交叉谱密度矩阵,研究介质传输场中强度和偏振度的变化特点.研究结果表明,任意电磁光束在线性增益(损耗)介质中传输时,当其为增益(损耗)介质时,会增强(衰减)光束的强度;但对偏振度却没有太大的影响.波数实部Kr越小,轴上偏振度越大;相干长度δyy越小,轴上偏振度越大.当光源处的相干长度δxx与δyy取值相同时,尽管传输距离不断增大,光束在传输过程中的偏振度不发生变化.光源处的偏振度P(0)越大,轴上偏振度也越大.     

零球差与负球差的非球面人工晶体植入术后视觉质量临床研究

目的对植入两种不同球差非球面人工晶体白内障患者术后矫正视力、对比敏感度、波前像差进行了对比研究,评价两组非球面人工晶体植入术后视觉质量,进而指导白内障患者选择人工晶体.方法选取行白内障超声乳化摘除术联合非球面人工晶体植入术的白内障患者40人(64只眼),植入AKreos Ao Iol(零球差非球面人工晶体)16例(30眼)列入AO组;植入Acryof IQ Iol(负球差非球面人工晶体)24例(34眼)列入IQ组.随诊3个月,对两组患者术后矫正视力、对比敏感度、波前像差应用SPSS 16.0统计学软件进行统计分析.结果两组术后3个月最佳矫正远视力无统计学意义,IQ组近视力优于AO近视力.在明视、暗视环境下和暗视合并周边眩光环境下对比敏感度,两组无差异.在波前像差检查中发现,AO组总球差(0.04±0.03)高于IQ组(0.15±0.06),垂直慧差IQ组(-0.13±0.06)高于AO组(-0.21±0.07).结论零球差非球面人工晶体保留部分角膜球差,有助于提高远视的视觉质量,而负球差非球面人工晶体保留部分垂直慧差,有助于近视的视觉质量.     

基于Hartmann-Shack波前传感器的实时人眼像差测量

为实时、准确地测量人眼的像差,保证人眼像差校正时数据的准确性,依据Hartmann-Shack波前传感器测量像差探测原理,设计搭建了一套基于Hartmann-Shack波前传感器的人眼像差实时测量系统。用该系统对人眼的动态像差进行了测量实验,对实验的结果进行了分析。实验结果表明:为了满足传感器获取光斑图及保证人眼的安全,入瞳的激光功率80μW较为合适;像差测量的结果折算成屈光度与主观方法验光值结果基本相符;动态像差连续测量观察像差波动的时间约在0.2~0.5 s,与人眼的波前像差变化频率在5 Hz左右的结论基本相符。结果表明该系统满足了人眼像差测量的可行性和准确性要求。