利用剪切干涉仪测量激光大气传输相位畸变

文中就利用剪切干涉仪测量激光大气传输相位畸变的问题进行了探讨.对横向剪切干涉仪(LSI)及Hartmann波前传感器的波前探测和复原进行了类比仿真分析,结果表明在同等条件下,前者的波前复原能力优于后者.利用我们研制的二维剪切干涉仪,对激光大气传输湍流效应引起的波前畸变进行了测量,对实验结果进行了初步的研究分析,并首次得到了激光大气传输相位不连续性的直接测量结果,验证了LSI应用于测量激光大气传输相位畸变的可行性和优越性.     

基于自适应光学的大气光通信波前校正实验

为了缓解大气光通信中由于大气湍流的影响而产生的波前畸变、反射等严重影响通信质量的现象,文章采用了自适应光学技术,即对畸变波前进行重构后再利用反射变形镜进行修正的方法,从理论分析、实验研究方面开展了自适应光学修正传输波前的研究工作。研究结果表明：在相同实验条件下,在保持链路误码率定量为（1×10-6）时,使用自适应光学技术比不使用时系统发射功率减小了50%。在近地大气激光通信中,自适应光学技术在增加系统增益,减小系统误码率方面效果显著。     

用相位共轭技术实现区域目标的激光传输畸变补偿

相位共轭技术通过“时间反演”过程进行激光传输畸变补偿，具有快响应、高灵敏度、高稳定性，以及结构简单、价格低廉等优点。但通常主动信标光，采用相位共轭方法难以实现区域目标的大气传输畸变补偿。本文介绍我们首次提出了解决方案－成象减裁加阈值共轭镜，并用ＢａＴｉＯ３自泵浦相位共轭镜对静太和模拟湍流畸变进行了原理性实验。     

自适应光学中变形镜的研究

大气对激光束的湍流效应是制约激光通信技术发展的一个主要因素,研究发现自适应光学技术可以有效的缓解激光束在大气中传输受到的影响。自适应光学系统由探测器、控制器和校正器3部分组成。首先由探测单元和控制单元确定控制信号,然后通过控制器改变变形镜的镜面,以达到校正波前的目的。变形镜是自适应光学系统中实现波前校正的关键器件．其特性将直接影响系统对波前光束的改善结果。通过对变形镜的工作原理、分类、技术要求和性能指标的研究．该系统补偿效果达到90％。     

基于注意力机制的自适应光学开环斜率预测

自适应光学（AO）技术是一种能够补偿大气湍流的有效手段,但由于存在系统固有时延,变形镜（DM）上的补偿波前滞后于实测畸变波前,导致AO技术对高时间频率大气湍流的校正效果明显下降。因此,开展大气湍流前向预测研究对于抵消AO系统固有时延、提升系统校正带宽具有重要的研究意义和应用价值。本文提出了一种基于注意力机制的AO波前时空预测网络,该网络同时考虑了大气湍流的时间与空间特征,可通过连续6帧先验波前斜率信息预测未来第2帧的波前斜率。在具有两帧延迟的AO系统仿真中,所提预测网络使得波前校正残差均方根（RMS）下降了约40%,并且在不同的大气湍流强度下均表现出稳定的预测精度,预测残差RMS仅为真实畸变波前RMS的5.00%。最后使用1 km激光大气传输系统采集的实验数据进行了测试,验证了开环斜率预测网络的有效性。     

利用自适应逆模拟提高战术激光武器性能

大气信道引起的致盲激光波前畸变极大的影响战术激光武器性能,利用自适应逆模拟系统预先补偿大气致波前相位变化可保证较均匀的致盲激光到达光电探测器端,在相同条件下增强了致盲激光的毁伤能力.     

基于Zernike模式法的变形反射镜补偿面型求解方法

针对变形反射镜校正非垂直入射畸变波前时,补偿面型求解的复杂性,借助波前补偿原理,提出利用变形反射镜对系统Zernike波像差的响应矩阵求解变形镜补偿面型的方法。结合Zernike模式法复原波前,利用CODEV仿真分析变形镜补偿畸变波前过程。以某红外自适应光学系统为例,仿真验证补偿效果。此方法能够简化变形反射镜控制算法,加深对自适应光学原理的认识。     

自泵浦相位共轭镜修复非线性介质引起的光波波前畸变

利用掺ＣＵ的ＫＮＳＢＮ晶体做成的自泵浦相位共轭镜可以补偿由于热自聚焦效应引起的随时间慢变的空间自调相。即由非线性介质引起的时间慢变的波前畸变可以利用相位共轭技术进行补偿。实验发现、尽管相位共轭反射率在时间上有较大幅度的不规则起伏．但相位共轭镜对波前畸变的补偿仍相当理想。     

星地激光通信无波前传感器优化算法仿真分析

在星地激光通信中,大气扰动会降低通信质量,在通信的接收端对大气扰动进行补偿,能提高通信质量。通信中的强闪烁等会出现波前探测器不能探测出波前畸变的情况,需要采用无波前探测器的成像校正技术来实现星地激光通信中大气扰动的补偿。为了实现星地激光通信中大气扰动的实时补偿,对改进遗传、模拟退火和模式逼近法这三种优化控制算法进行了仿真,并从算法的收敛速度、校正效果、稳定性和变形镜操作次数等四个方面进行了比较和分析。仿真结果表明:遗传算法收敛速度慢,但将归一化光强从0.079 5提升到0.99,适合于对静态像差的校正;模式逼近法只需要2次迭代就能将归一化光强从0.079 5提升到0.862,适合于星地激光通信中大气扰动的实时校正。     

高能激光器波前预补偿技术研究北大核心CSCD

随着高功率激光技术的发展,目前的以高功率反射式变形镜为核心的波前校正装置只能通过增大口径来避免反射面损伤,还难以解决连续工作加热时的镜面形变问题。本文拟采用低功率变形镜在信号光阶段进行预补偿,达到高功率激光光束质量校正的效果。首先介绍了高能信号光预补偿技术的补偿原理、方法,然后在板条固体激光器输出功率分别为30W和3000W时进行了波前补偿实验,通过预补偿方法激光远场光束质量得到明显的改善和提高:在激光器输出功率为30W时,光束质量从β=10提高到β=15;在激光器输出功率为3000W时,光束质量从β=10提高到β=3,此外,本文还对非平面波前的信号光传输技术以及信号光预补偿技术的校正策略开展了相应的研究与试验。与传统的自适应光学校正方法相比,信号光预补偿技术可以从根本上摆脱强激光对变形镜的加热和损伤问题,无限的扩展了光束净化系统的功率限制。     

凸非球面辅助面的背向零位检验分析

在现代光学检测中,凸非球面的检测一直是一个难点。辅助面的背向零位检测方法,从三级像差理论出发,通过计算非球面的法距差,来探讨辅助面对凸非球面法距差的补偿校正能力。这种检验方法可用于 的凸非球面。辅助面有两个作用,其一为将实体非球面的球心引入到空气中;其二则为辅助面与凸非球面的组合可以补偿凸非球面的法距差。通过理论分析与zemax编程计算得出当 时非球面的 值均优于 .在工程实际应用中,通过此方法检测的凸非球面面形精度优于 。可以得出辅助面对凸非球面的法距差具有一定的补偿能力这一结论。     

双光楔微扫描哈特曼-夏克波前探测技术

传统哈特曼-夏克传感器主要受微透镜尺寸与微透镜数量的限制,对待测波前采样不足,影响对波前的探测精度。通过对哈特曼-夏克传感器波前重构原理和双光楔微扫描原理进行分析讨论,提出了一种在哈特曼-夏克传感器之前加入双光楔微扫描结构的检测方法,弥补了传统哈特曼-夏克传感器对待测波前采样不足的缺点。利用Zemax和Lighttools软件模拟了加入双光楔微扫描结构哈特曼-夏克传感器的光斑分布情况。微扫描图像重建算法与波前重构算法结合给出原理性验证,对所模拟后大像差光学系统波前复原精度提高了53.53%,该方法可以有效提高哈特曼-夏克传感器对波前探测的精度。     

超连续谱激光光束质量评价及提升方法

针对超连续谱的光束特性,分析了各种光束质量评价方法对超连续谱激光器输出光束质量评价的适用性,并综合各个评价方法的优缺点,找到一种最适合超连续谱光束质量的评价方法。要提高超连续谱激光光束质量,可以从两方面入手：一种是将光束的强度调整成为近高斯分布,另一种方法是补偿光束波前像差。对强度的补偿方法为增益导引效应,对波前像差的补偿方法有相位共轭镜、可变形镜等技术。利用球差校正板对球差进行补偿,也可以提高光束质量。     

高斯光束质量与波像差之间的关系

为了考察光阑截断时高斯光束质量与波像差之间的关系,采用高斯光束值作为截断高斯光束质量的评价参量,通过数值仿真的方法分析光学系统波像差对截断高斯光束质量的影响,给出了高斯光束值与波像差间的拟合关系。讨论了高斯光束质量与Kolmogoroff大气湍流强度间的关系,并给出了二者间的拟合公式。结果表明,该拟合公式的计算结果在相当广的湍流强度范围内与数值仿真结果较好吻合,这也进一步验证了高斯光束值与波像差拟合关系的正确性。     

扰动对非稳腔模式的影响和腔内倾斜像差校正

采用哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器分析了腔内扰动对无源正支共焦腔调腔光模式的影响,用模式法进行了波前复原计算。引入等量扰动,腔内凹镜对于腔模的影响大于凸镜;且对于大菲涅耳数非稳腔,腔内倾斜扰动量与输出光束中查涅克(Zernike)倾斜像差系数具有较好线性关系。建立了基于哈特曼-夏克波前传感器进行腔外探测,控制腔内凹镜的低阶像差校正系统,比较了在不同腔内扰动状态下对倾斜像差的控制结果。实验表明,对于腔内扰动频率较低或者准静态的情况,控制系统对腔内倾斜像差的校正具有较好的效果。     

二元光学衍射透镜波象差分析

通过对衍射透镜一级衍射象的波象差分析,由比较系数方法导出其赛得和数.     

利用内腔变形反射镜补偿激光器畸变的研究

固体激光器中,增益介质由于热沉积产生的热畸变严重影响了激光器的稳定性和输出功率以及光束质量。为了补偿激光器腔内畸变,采用了一种利用变形反射镜作为内腔反射镜的方法,运用静电力作用于变形薄膜反射镜,来改变谐振腔的结构。从外部引入一束参考光通过激光腔,利用波前探测器可测得腔内畸变对参考光的影响,并利用变形反射镜校正此畸变。实验结果表明,该方法能对腔内畸变进行有效的补偿,提高激光器的输出功率及光束质量。     

用于非球面通用化检测的部分零位透镜

非球面的非零位法检测高效快速,并可实现较高精度的通用化检测.介绍了一种可用于非球面非零位检测中降低检测光波前斜率的部分零位透镜.该透镜具有较大的球差,可以显著补偿被测非球面的纵向法线像差,使得返回的检测光波前能够被探测器分辨.论述了部分零位透镜的设计过程,特别是约束控制条件以及初始结构的选取原则,并就相对口径为f/2和f/1.5的两个抛物面给出了设计实例.设计结果表明:该部分零位透镜可以对一定口径和相对口径范围内的非球面实现部分零位补偿.利用一系列部分零位镜将可以对较大范围内的非球面进行补偿,从而实现常见非球面的通用化检测.该研究对非球面的通用化检测具有重要意义.     

基于微机械薄膜变形镜的闭环实时模式复原

为了求解基于微机械薄膜变形镜自适应光学系统的最优模式控制电压,以使系统的入射畸变波前像差降到最小,采用了一种基于改进的奇异值分解闭环实时模式复原算法,可通过调整控制参量g1,gθ和W来优化波前复原的复原精度和收敛速度;采用一人眼出射畸变波前像差作为自适应光学系统的原始波前,与现有的几种实时模式复原算法相对比,其在收敛速度和复原精度上都有所改善。结果表明,基于改进的奇异值分解闭环实时模式复原算法,在一定程度上解决了微机械薄膜变形镜由于薄膜面型宽交连值、驱动电极单调但非线性的控制电压求解问题,算法可调整空间大、适用范围也较广。     

腔镜倾斜扰动对正支共焦腔输出光束模式的影响

针对激光器出光过程中腔内像差扰动带来的光束质量下降问题,分析了正支共焦腔腔镜倾斜扰动对调腔光模式的影响,采用等效透镜波导法计算了凹、凸腔镜倾斜失调状态下的调腔光模式分布、泽尼克(Zernike)像差系数。同时采用哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器方法对此进行了实验定量研究,用模式法进行了波前重构。得到了扰动量与泽尼克像差的定量关系。结果表明,凹镜倾斜扰动对腔模的影响大于凸镜,对于大菲涅耳数非稳腔,腔内倾斜扰动量与腔外泽尼克倾斜系数具有良好的线性关系,若对凹、凸腔镜分别施加等量倾斜扰动,带来的腔外泽尼克倾斜系数比率约为光腔放大倍率。且腔模倾斜像差增加的同时还将导致离焦、像散等高阶像差的增大,因此作腔内相位补偿或校正时,应使补偿或校正平面尽可能靠近凹面镜;最后对实际激光束与He-Ne调腔光束的异同作了简要比较。