基于模式互信息的大气湍流畸变波前重构

基于模式法进行波前重构时需将波前相位畸变展开成不同的正交多项式组合,不同的正交基分别代表由大气湍流引起的波前相位畸变的不同模式,通过计算大气湍流引起的波前畸变与各个模式的互信息,分析不同模式对波前畸变的影响程度,按互信息从大到小建立新的重构矩阵进行波前重构。数值模拟结果表明:当仅采用一种模式进行校正时,基于互信息重构的波前残差均方根值从1.8rad下降到1.15rad,而传统模式重构法的波前残差均方根值仅下降到1.74rad,采用2种模式重构波前时,2种方法的波前残差均方根值分别下降了1.2rad和0.1rad。当采用65个模式对波前重构时,传统模式法的波前残差为0.2rad,而当基于互信息重构的波前残差为0.2rad时,仅需要采用18个模式。与传统模式法相比,在相同的波前重构精度下,基于互信息的波前重构所需的重构模式数大大减少,从而降低了重构矩阵的复杂度,提升的波前重构的速度。     

基于小波分形插值算法的大气湍流波前畸变重构

波前传感器自适应光学系统的波前畸变校正效果主要取决于重构波前的精度,而现有的模式法、区域法等方法重构波前精度较低,波前畸变校正性能有待提高。针对这一问题,提出一种基于小波分形插值算法的大气湍流波前畸变重构,在对原始波前进行小波变换的基础上采用分形插值的方法,能够有效提高精度,同时避免高频信息丢失,最后进行小波逆变换得到重构波前。仿真结果表明,与传统的最小方差估计算法相比,该方法重构波前的灰度平均梯度由0.065增加到0.765 4,均方根误差由3.249 2下降到0.634 6。     

外界场作用下激发介质的波前曲率关系

通过波前曲面上的移动坐标系和波前边界层的摄动分析,得到波前曲面的法向速度与波前曲率、外界场之间的线性关系,即场作用下的Eikonal方程。此关系的物理意义解释了激发介质螺旋波、回卷波在外界场作用下的Belousov—Zhabotinsky实验现象;几何意义给出一个确定波前边界形状的理论方法。     

一种三维复杂介质波前时间的高精度数值算法

基于水平集的波前扩展算法,如FMM(Fast Marching Method)、GMM(Group Marching Method),作为一类计算复杂介质波前时间的有效方法而被广泛使用。该类算法都是基于程函方程的有限差分格式来计算波传播时间,在介质离散单元尺寸较大的情况下,计算精度较低。为提高波前时间的计算精度,在一个长方体单元内,将任意点的波传播时间用已知节点上波前时间的插值函数表示,然后根据Fermat原理确定未知节点上的波前时间,再结合高效率的GMM算法,形成了一种计算三维复杂介质波前时间的有效算法。数值模拟实验表明,与原GMM算法相比,该算法大大提高了波前时间的计算精度,同时具有很强的稳定性和适应性。     

带有时滞的非局部扩散传染病模型波前解的存在性

文章主要研究一类带有时滞的非局部扩散传染病模型的波前解问题。利用该系统的特殊结构,将系统波前解的存在性问题转化为一个标量方程的波前解存在性问题,并利用上、下解方法及Schauder不动点定理给出这个标量方程波前解存在的一般性定理。通过构造一对具体的上、下解,证明了当c≥c*时,该标量方程存在波前解,从而得到系统存在波前解。     

波前编码成像系统浅析

波前编码成像技术是一种景深延拓非常有效的方法,本文在简单介绍波前编码成像原理的基础上,并具体介绍了波前编码成像系统在实际光学系统如显微镜、红外成像系统以及虹膜识别系统中的应用,最后指出波前编码成像系统实际存在的问题。     

基于电子自准直仪的大口径准直波前检测系统

为测量大口径准直波前的准直性,开发了基于电子自准直仪的准直波前检测系统.介绍了大口径准直波前检测原理及检测装置,分析了主要误差源.采用800 mm口径参考面测量系统误差并进行校准,校准后,该系统的精度从0.91″提高到0.36″.用该系统测量610 mm口径相移干涉仪的准直波前,实验结果表明:该干涉仪的准直波前处于发散状态,最大发散角为24.53″.开发的波前准直检测系统能够满足大口径干涉仪准直波前的检测要求.     

用高次曲面的记录波前优化全息透镜

本文校对一定的光瞳用一高次曲面作为记录波前,代替球面波前记录,在MV/8000电子计算机上对波前参数进行优化处理,得到了象质优化的Fourier Transform全息透镜,并获得了优化波前的方程。     

通用波前法

当使用波前法求解某些大型结构时,如果结构的波前刚度矩阵太大不能整个地在内存中存贮,就会发生困难。采用通用波前法能够克服这个困难。通用波前法是熟知的波前法的一个新变种。使用这一方法时,一部分波的刚度矩阵可以存贮在外存中,以致对于波前刚度矩阵的大小不再有限制,同时使用了某些特殊技术来管理运算及内外交换。这些技术包括存贮单元的组织、单元刚度矩阵集合为结构刚度矩阵的过程、单位主消行的形成、波前刚度矩阵的化约、消元和波前变量管理等方面。给出该方法主要运算的框图。估计了化费在内外交换上的时间。在文末给出了实例的结果以及它与別的方法和实验的比较。     

哈特曼波前探测器波面重构精度研究

活体人眼波前像差的精确探测一直是人眼自适应成像系统波前探测和波前校正的难点。以Shark-Hartman波前探测器(S-H)和液晶空间光调制器(LCOS)搭建了一套活体人眼像差探测及眼底自适应成像系统。对Shark-Hartman波前探测器(S-H)波面探测精度的影响进行研究。在液晶空间光调制器LCOS施加同阶等大小的波前畸变,探测不同情况下的哈特曼波前探测器上的波面重构值并且加以分析,并对当前波前探测精度的自适应像差校正及成像结果进行对比分析。利用优化参数的哈特曼波前探测器进行自适应校正成像实验。实验证明,人眼动态像差的精确探测是自适应系统像差校正的基础。哈特曼波前传感器的波前探测及重构精度是获得人眼眼底视网膜的衍射极限分辨的根本,哈特曼波前传感器的子孔径数选择及子孔径大小对眼底自适应成像系统起到关键作用。     

激光散斑引起的波前探测误差及误差消除研究

激光具有较高的能量且单色性较好,因此被广为应用在弱光波前探测系统中。但激光的强相干性产生的像面散斑会造成CCD面阵上的光强无规律分布,导致波前重构质心算法的错误,进而降低波前像差探测的精度。分析了激光散斑降低波前探测精度的原因,并尝试用旋转散射体、多模光纤耦合及随机位相板等多种组合方法消除激光散斑,提升波前探测精度。评估几种方法对光强、光均匀性及消除散斑的效果进行对比分析、优化设计激光为光源的波前探测消散斑系统。最后利用随机位相板与多模光纤耦合的方法有效消除激光散斑,并进行消散斑前后的波前探测。该消散斑系统可有效消除激光散斑并提升波前探测精度,大幅提升了激光光源在自适应光学领域的应用性。     

固体中激光等离子体波前传输特性的研究

根据激光等离子体波前在固体中传播的约束条件，导出固体中激光等离子体波前中远场传播公式，定义了准马赫数。发现固体中激光等离子体波前的马赫数等于该波前相对于电磁声子的准马赫数与电磁声子相对于空气中声速马赫数的乘积，波前传输半径和速度随时间而迅速减小。     

基于频域分析的波前像差快速重建

波前重构是测量自由曲面面型及人眼像差中的重要环节,随着微机械制造的发展,波前传感器的微透镜阵列不断扩展,为了保持自适应光学系统中像差的重建精度并提高重建速度,实现波前像差的实时测量,本文提出一种通过快速傅里叶变换的波前重构方法并进行仿真,并与求广义逆矩阵最小二乘解法进行对比.结果表明：该方法在提高重构速度的条件下,能够保持一定的重构精度.从而可以在现有的技术条件下通过该方法实现波前像差的实时测量.     

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．     

基于特征线法的车隧压缩波演化数值分析

为研究压缩波沿隧道传播演化的影响规律,采用考虑压缩波惯性效应和壁面摩擦效应的一维特征线法,建立了压缩波沿隧道传播演化的数值模型,通过一维平面波方程与实车测试两种方法共同验证了该模型的准确性。针对波前形状、车身波等、压力幅值关键因素,研究了初始压缩波沿隧道传播时,最大压力梯度的变化规律。在此基础上,进一步探讨分析了摩擦与气室阵列共同作用对压缩波波前演化的影响以及壁面摩擦的作用机理。结果表明：初始压缩波波形相同时,压缩波最大压力梯度随波前幅值的增大而增大;不同波形的初始压缩波沿隧道的演化规律不完全相同,但列车车身进入隧道所产生的车身波并不会影响压缩波波前的最大压力梯度;考虑壁面摩擦后,气室阵列对压缩波最大压力梯度的缓解效果有了进一步提高,壁面摩擦越大,缓解效果越显著。     

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．     

自适应光学随机并行梯度下降控制算法的研究

随机并行梯度下降算法(SPGD)是一种比较有潜力的自适应光学的系统的控制算法,它具有速度快、无需信标光且不需要依赖波前传感器就可以对畸变波前进行校正的优点,近年来受到人们的广泛关注。本文应用zernike多项式模拟大气湍流畸变波前,以32单元变形镜为校正器,利用SPGD算法对畸变波前进行了初步校正研究。结果表明,SPGD算法可以用于校正波前畸变,且不同的参数如扰动幅值、增益系数的选取都会影响校正的效果,此外本文提出的分段增益方法可以在一定程度上优化该算法。     

逆流中的波要素

本文探讨了波浪进入逆流场后波要素的变化问题.文中分别用波作用量守恒原理和波能流守恒原理,按线性波和三阶斯托克斯波理论,对逆流场中未破碎前波要素变化规律,作了较为深入的理论分析和计算.基于水槽模型试验成果,分析和比较了各理论计算结果.文末指出,在逆流场中,未破碎前的波参数预报,宜按波作用量守恒原理、用三阶斯斯托克斯波理论进行计算.     

关于波动光学共轭波概念的商榷

本文对现行光学教材中关于共轭波概念的定义提出一些看法，认为在定义中应强调是在某一特定波前上复振幅互为复数共轭，且共轭波必须是对于某一特定波前而言，并应将“从该波前同一侧入射”的条件写在定义中。     

超短超强激光波前修正

对自适应波前修正系统进行了探讨和研究, 并将其应用于20TW的CPA激光放大装置中. 在没有进行波前修正前, 该激光系统输出的激光光束的波前畸变的P-V值约为20l, 对应的光束质量约为3.5倍的衍射极限; 使用自适应波前修正系统后, 激光光束的波前畸变的P-V值达到了0.15l, 相应的光束质量改进到了1.5倍的衍射极限, 不仅使同样能量的超强飞秒激光的可聚焦功率密度提高了约1个数量级, 而且也明显地改善了聚焦激光与周围背景的对比度.