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.     

兴隆2.16m望远镜自适应光学系统

自适应光学系统是大口径天文望远镜克服大气湍流,提高望远镜成像质量的必备手段之一.本文针对兴隆2.16 m望远镜及其所在台址的大气视宁度,研制了一套自适应光学系统.系统的主要部件包括具有109个压电陶瓷驱动器的变形镜,具有100个子孔径的Shack-Hartmann波前传感器,以及基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的高速波前控制平台等.实验结果表明,该系统可以把大气扰动引起的波前像差的均方根值校正到0.1λ以下,获得接近衍射极限的成像质量.     

模型人眼的视网膜自适应成像系统

为了更好的进行人眼视网膜成像探测及人眼像差校正,建立了一套基于液晶波前校正器的模型,模拟人眼眼底的自适应成像系统。该系统采用Shark-Hartman波前探测器进行波面探测,将探测所得波前畸变经过计算处理转化为灰度图通过电脑施加到LCOS上进行波面校正,通过校正人眼像差的方式来提高系统成像质量。经过校正后,系统波误差从1．92μm降低到0．048μm系统分辨率接近70lp／mm已经到达该光学系统衍射极限分辨。可以满足低阶大像差情况下的模拟人眼视网膜成像要求。     

一种提高子孔径拼接测量精度的误差修正方法

干涉拼接测量技术主要用于大口径光学器件的测量,由于其能够测量出被测表面的细节,也开始应用于非球面的测量.拼接测量面临的主要问题是拼接测量过程中的误差累积,如何消除拼接误差,尤其对非球面拼接测量的误差修正,是干涉拼接测量的技术关键.本文就拼接误差修正中难以解决的随机误差与高阶波像差问题进行了研究,在研究拼接测量中所引入的误差的基础上,建立了拼接测量的误差修正模型,并提出误差随机修正的方法,实现随机误差和高阶波像差修正.根据所建立的模型和误差修正方法,进行实验验证,实验结果表明,利用误差随机修正技术能够修正随     

大视场角入射平行平面板像差分析方法

基于平面对称光学系统三阶像差理论, 研究平行平面板在大视场角入射情形下的像差解析分析方法. 首先, 研究多个平行折射平面的三阶像差计算方法, 推导出相应的孔径光线传递方程及像差系数表达式； 其次, 在此基础上, 推导出单个平行平面板的波像差和像差计算表达式； 最后, 分别用像差计算表达式和光学设计软件Zemax对含平行平面板构成的大视场角光学系统实例进行像差计算. 结果表明, 用像差表达式计算的结果精度较高.     

无波前传感器自适应光学在生物成像中的应用

获取生物体的高质量图像对生命科学的研究至关重要,但成像光学系统和生物体本身都含有像差,导致成像分辨率和对比度下降.由于不同生物体引入的像差不同且可能随时间变化,因此无法通过传统的光学设计手段进行补偿.发端于天文成像观测的自适应光学技术具有克服动态像差影响的能力,因此也可以用于生物成像中提高成像质量.传统自适应光学一般用波前传感器(如夏克-哈特曼传感器)测量波前误差,而近年来发展的无波前传感器自适应光学技术则省去了专用的波前传感器,不但简化了系统结构,降低了成本,还可以克服传统自适应光学的一些限制,具有良好的应用前景.本文在介绍无波前传感器自适应光学原理的基础上,重点讨论该技术在眼底成像和荧光显微成像方面的应用并对未来的发展提出展望.     

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.     

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。     

基于小波分析的朗奇图像处理优化研究

为了得到效果更佳的朗奇图像,提出了一种运用小波分析来处理大口径非球面镜图像的方法选取半通光口径为300mm,的大口径非球面进行了测量．首先利用Matlab对原始图像进行一层小波变换、二层小波变换,再对初步优化后的图像进行恢复处理,即小渡去噪优化后的图像经过分析计算．将其波像差的峰谷值、方均根值与Zygo干涉仪进行了对比,并讨论了测量结果,实验表明：小波分析处理朗奇图像的方法是有效的．优化后的朗奇图像较未处理图像边缘更为清晰、光滑,实验数据更接近于Zygo干涉仪的结果。     

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．     

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。     

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。     

光纤Bragg光栅锚杆应力应变监测系统

锚杆是矿山巷道的主要支护形式之一，现有锚杆支护质量检测方法无法进行远程监控、不能实现全过程监测，本文提出了采用光纤Bragg光栅传感技术进行锚杆支护质量监测的新方法。介绍了光纤Bragg光栅监测系统的工作原理及其构成，实验系统由3个Bragg光栅组成阵列，将其粘贴在长度0．6m的金属锚杆杆体表面，进行锚杆受力的检测以及与电测技术的实验室对比试验。结果表明，光纤Bragg光栅传感器具有高的测量精度，结构简单，可以实现在线实时监测。     

Adaptive liquid microlenses activated by stimuli-responsive hydrogels

Despite its compactness, the human eye can easily focus on different distances by adjusting the shape of its lens with the help of ciliary muscles. In contrast, traditional man-made optical systems achieve focusing by physical displacement of the lenses used. But in recent years, advances in miniaturization technology have led to optical systems that no longer require complicated mechanical systems to tune and adjust optical performance. These systems have found wide use in photonics, displays and biomedical systems. They are either based on arrays of microlenses with fixed focal lengths, or use external control to adjust the microlens focal length. An intriguing example is the tunable liquid lens, where electrowetting or external pressure manipulates the shape of a liquid droplet and thereby adjusts its optical properties. Here we demonstrate a liquid lens system that allows for autonomous focusing. The central component is a stimuli-responsive hydrogel integrated into a microfluidic system and serving as the container for a liquid droplet, with the hydrogel simultaneously sensing the presence of stimuli and actuating adjustments to the shape--and hence focal length--of the droplet. By working at the micrometre scale where ionic diffusion and surface tension scale favourably, we can use pinned liquid-liquid interfaces to obtain stable devices and realize response times of ten to a few tens of seconds. The microlenses, which can have a focal length ranging from -infinity to +infinity (divergent and convergent), are also readily integrated into arrays that may find use in applications such as sensing, medical diagnostics and lab-on-a-chip technologies.     

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。     

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.     

鱼跳电站混凝土面板裂缝的光纤监测分析

光纤传感技术监测混凝土面板裂缝，主要应用光纤的后向散射光或前向散射光损耗时域检测技术，通过显示损耗与光纤长度的关系，检测外界信号场分布于传感光纤上的扰动信号。分布式光纤传感技术在鱼跳电站混凝土面板坝石坝上的应用，首次进行了光纤与混凝土面板浇筑同期埋设新工艺的探索，通过后期监测部分虿果的分析，取得了较好的效果。显示了光纤传感技术在混凝土面板监测中的重要意义，为深入研究光纤传感技术提供了可喜的经验。     

分布式光纤传感中用于快速检测的软硬件设计

针对目前分布式光纤传感系统检测速度慢的缺点，利用可编程逻辑器件(FPGA)芯片为核心设计能快速检测的数据采集系统，将1次全量程检测时间从30 s甚至几分钟缩至10 s以内，使得分布式光纤传感接近实时. 分布式光纤传感技术是光纤传感中最有应用前景的技术之一，其最大的优点是能实现大范围超长距离检测.介绍布里渊和拉曼这两类分布式传感的传感原理以及其重复性、帧结构的传感数据特点. 根据该特点设计基于FPGA内部的多个先入先出（FIFO）的超长环形队列进行数据缓冲和求均算法操作，对信号进行降噪处理，并设计基于USB20协议的CY7C68013A数据传输模块将数据传输到上位机显示和存储. 结果表明，该设计解决了分布式光纤传感中因测量时间长，不能实时检测的问题，实现准实时检测，大大提高分布式光纤传感的性能，可应用于需要准实时监测和大量传感器的场合.     

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.