弱光Hartmann-Shack波前传感器的阈值选取

研究以像增强CCD为光电探测器的弱光Hartmann-Shack(H-S)波前传感器在质心同探测过程中阈值选取对质心探测精度的影响,首先给出了阈值选取对质心探测系统误差和随机误差的影响,一义质心测量精度的评价指标,并根据此指标指出阈值选取的最佳范围为－3σr≤Tm≤-σr,并以实验验证了理论分析结果。     

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。     

双折射晶体光学波前传感器

提出一种新的剪切干涉光学波前传感器．利用剪切干涉原理和单轴晶体的双折射特性研制而成．其结构简单紧凑,实现完全共光路和偏振相移干涉,灵敏度可调,具有较强的抗干扰能力．论述了其工作原理,分析了其特性,给出了相应的数学模型．测试结果表明,该传感器的面形测量精度好于λ／60,重复性达到λ／100．     

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。     

提高波前探测精度的双立方插值方法

哈特曼-夏克波前传感器通常采用CCD相机作为探测器件,CCD像元之间的离散性,导致连续灰度图像被抽样成离散图像.文章提出用多项式插值对光斑图进行插值处理来降低图像灰度的离散度,可以平滑光斑图噪声,提高光斑阵列的探测精度,从而提高波前探测精度.仿真和实验结果证明,双立方插值方法很大程度上提高了波前探测的精度,选取合适的插值密度可以减小计算机处理时间.光斑图插值处理的研究为在实验中提高波前探测精度提供了有益的参考。     

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.     

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.     

光子晶体和光子晶体光纤在传感器中的应用

本文阐述了国内光子晶体传感器的研究现状,分析了传感原理。研究了光子晶体光纤的传感原理以及三种光子晶体光纤传感器,叙述了在传感中需要考虑的两个问题,并提出了解决的办法。     

生物组织取象的光子密度波方法研究

本文研究了一种装置简单，价格低廉，对人体无害的新型生物组织取象方法－扩散光子密度波取象方法。     

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。     

自适应光学多共轭波前传感的层析技术

以分层大气的相关长度与整个大气层相关长度的关系为基础，在湍流集中于两薄层的假设下，给出待确定相位分布与测量结果之间的矩阵方程及方程的系数矩阵，通过求解此超定方程，可望得到各层大气湍流所引起的相位畸变．     

叶片衰老过程中的光子计数统计实验研究

采用生物超微弱发光探测技术对植物叶片衰老过程中的超微弱发光进行测量,并用量子光学中的光子计数分布统计叶片衰老过程中的规律.结果表明:植物叶片幼叶及衰老黄化老叶的光子计数分布与泊松分布基本吻合,而成熟期叶片的光子计数则与泊松分布偏离很多.分析认为,可能是由于叶片的不同生长时期,发光来源不同造成的.     

单光子计数实验的结果分析

阐述了单光子计数实验原理和光电倍增管、光子计数器等器件的功能,绘制了通过500nm二极管的电流与测量光子数、信噪比的关系曲线,并对实验结果进行了分析。     

微光图象光子计数器象管的测试研究

提出了微光图象光子计数器象管主要参数（暗计数、光子增益）的测试原理和方法，建立了测试系统．对微光图象光子计数器象管的暗计数和光子增益进行了实测，给出了测试结果，并与常规二代微光象增强器进行了比较     

两种提高扩展信标波前探测信噪比的方法

为了空对地观测相机在工作时达到接近衍射极限的高分辨率成像,采用扩展信标和相应的H-S波前传感器探测成像系统入瞳面上的波前畸变,以实现动态补偿.基于这种波前探测、重构的模式下,推导和分析了波前探测系统焦面上子孔径图像信噪比的估算公式.根据模拟实际的一组参数值,表明该图像信噪比过低,不能满足探测精度的要求,继而提出减小探测系统的垂轴放大率和增加测量次数提高图像信噪比的方法,实例计算验证了其可行性.     

一种自适应的无线传感器网络MAC协议

提出了一种自适应的无线传感器网络MAC协议--AMAC.在已有的MAC协议中,节点通常采取周期性休眠以节省能量.但休眠的周期长度是固定的,因此在重载时网络吞吐量下降严重,轻载时又浪费能量.在AMAC中,节点的工作-休眠状态是随网络负载状况自适应变化的.经过理论分析及仿真试验结果显示,与已有的MAC协议相比,AMAC在轻载时能够节省30%的能量,在重载时能够提供两倍的网络吞吐量.     

利用动态跟踪原理进行质心计算的新方法

分析H-S(Hartmann-Shack)波前传感器在扩展动态范围及抑止噪声方面存在的不足,提出了根据大气湍流的时间特性确定在一次采样时间间隔内质心移动的变化范围,对质心进行连续动态跟踪测量的新方法.该方法在大气扰动较强时,可以扩展波前传感器动态范围,有效地降低CCD读出噪声和散弹噪声对质心探测精度的影响,并为动态质心计算方法提供理论论证及仿真结果.