Zernike模式像差共轭组合模型

根据Zernike模式在单位圆的同心孔径圆域内某些模式间具有一定耦合性的结论及对应Zernike模式像差在一定同心光瞳区域内的相互抵消特性,对具有相同角频率不同阶数的Zernike模式建立组合模型,同时根据同心光瞳区域内像差均方根值的降幅比参数给出了同心光瞳直径为4mm时的Zernike模式线性共轭组合模型。最后通过共轭组合模型对光学质量影响的研究发现,共轭模型组合之后能显著提高光学质量。同时也表明Zernike模式组合对光学质量的影响不具备叠加性,而对共轭组合模型表现为补偿关系。     

光学综合孔径望远镜中子望远镜平行性和光程差调整的研究

光干涉技术与天文望远镜技术的结合是提高天文观测分辨率的一种有效方法.采用望远镜阵代替单个大口径望远镜来集光观测,利用最大基线的概念来等效传统光学望远镜的最大口径,很大程度上解决了单个望远镜集光能力不足、角分辨率不高的问题.然而对于光干涉来说,在应用中,只有满足:两束光的相位差δ必须相对稳定、存在相互平行的振动分量、频率相同、两光波在相遇点所产生振动的振幅相差不悬殊和两光波在相遇点的光程差(OPD)应在相干长度之内等这些条件时才能部分相干.光学综合孔径(OAS)望远镜产生干涉条纹的前提条件是子望远镜之间必须两两相干.推导了双光束光干涉的要求,并从双光束干涉的平行性和光程差的要求出发,研究并得出光学综合孔径望远镜子望远镜的平行性和光程差的要求.结合双光束干涉的恒星光干涉仪的光束平行性和光程差的调整方案,研究并得到了光学综合孔径望远镜子望远镜的平行性和光程差调整的光学方案,并讨论了该系统的改进措施.     

相位平移误差与子孔径自身像差对稀疏光学合成孔径系统成像质量的综合影响分析

稀疏光学合成孔径系统成像质量的提高需要综合考虑子孔径间相位平移误差和子孔径自身像差的影响.本文基于稀疏光学合成孔径系统的光瞳结构,利用傅里叶光学基本原理对系统的斯特列尔比(Strehl Ratio,SR)进行了理论推导,得到了包含相位平移误差和子孔径自身像差分离形式的该类系统的SR指标的理论公式.以两子孔径系统为例,计算并分析了在相位平移误差校正后和未校正时,系统SR指标在不同子孔径像差下的变化规律,研究了相位平移误差与子孔径像差对系统SR指标的综合影响.结果阐明了该类系统的成像质量受相位平移误差和子孔径自身像差双重制约的物理机理,且表明只有将子孔径自身像差校正至某限度内时,相位平移误差的校正才对系统SR指标的提高有明显意义. 关键词： 稀疏光学合成孔径 相位平移误差 像差 成像质量     

子孔径合成光学成像系统像质评价研究

由于子孔径合成光学成像系统出瞳波前离散,成像特征有异于常规光学系统.对比了两种子孔径合成光学成像系统的像质评价方法,其一是直接利用干涉仪实测获得的整体出瞳波面参量,拟合成泽尼克多项式,通过快速傅里叶变换获得光学系统的调制传递函数;其二是对子出瞳波面在像面复振幅分布的衍射直接积分叠加计算系统调制传递函数.对于离散出瞳波前,拟合的泽尼克多项式不可避免有较大误差,由此计算获得的调制传递函数与实际测量值有较大区别.设计并制造了一个三子镜合成的成像光学系统,在此基础上用ZYGO GPI干涉仪验证并对比了使用两种方法对像质计算的特点.结果表明,子出瞳波面直接衍射积分叠加法的精度更高,但计算量大,且要获得更高的像质评价精度,应使用更适于表达离散不规则形状子出瞳波前的波函数.     

光学综合孔径望远镜的UV覆盖和孔径排列的研究

介绍了光学综合孑L径干涉成像技术中的UV覆盖技术的概念、即时UV覆盖和非即时UV覆盖的两种情况,重点研究了光学综合孔径望远镜的UV覆盖情况,以一个实际观测目标为例研究了增加用四个小望远镜组成的光学综合孔径望远镜的UV覆盖的方法,并对增加UV覆盖的方法进行了优化,提出了用旋转孔径的办法来增加UV覆盖和UV覆盖的优化方法,给出了优化了的光学综合孔径望远镜的子孔径排列的方案,得到了Uv覆盖优化的结果,并给出了一个综合孔径望远镜UV覆盖与孔径排列优化的仿真实例.     

基于互信息的干涉成像采样系统性能分析

为了优化干涉采样成像系统的设计,采用端到端的互信息量评价系统的性能.建立了基于互信息的干涉采样成像系统数学模型.利用该模型得到了互信息量最大时光学成像系统和CCD的匹配条件:相干成像光学系统的截止频率等于CCD的Nyquist频率.分析了物体频谱分布、噪声、光源相干性和光学成像系统像差对互信息量的影响.结果表明,它们不影响光学成像系统和CCD的匹配条件.     

大曲率半径球形光学列阵成像质量的方和裴衍射分析

本文给出了球形光学列阵在两个不同位置分别有单元像与综合像的规律,以及单元入射孔径大小对成像质量的影响;揭示了规则列阵的综合成像,既有单元衍射效应,又有多元干涉效应,文中还给出了提高像质量的方法.     

光学稀疏孔径系统的成像及其图像复原

由多个小口径成像系统通过特殊排列综合而成的光学稀疏孔径系统是实现高分辨率天文目标成像观测的一种新方法.建立了光学稀疏孔径系统的衍射受限非相干成像模型,并针对某一具体的光学稀疏孔径系统,运用图像复原维纳滤波器完成了系统成像和图像恢复处理的计算机仿真实验.结果表明,光学稀疏孔径系统可以等效实现单个大口径成像系统的成像观测效果.     

光学综合孔径望远镜阵的光束组合器

光束组合器是光学综合孔径望远镜阵重要技术组成部分之一。从光束组合器所产生的光干涉条纹中提取中央条纹（主峰）相位和可见度信息，实现对望远镜状态、延迟线光程补偿与条纹跟踪，光束平行性伺服等进行精细馈控，从而高灵敏度、高效率地得到图像重构的闭合相位等数扭，最后获取高分辨率的目标图像。给出了一个用于光学综合孔径望远镜阵像面光束组合器方案的初步研究结果。     

基于填充因子的微透镜阵列扫描光学系统性能分析

针对通过微透镜阵列通光孔径的光束在不同条件下的填充问题,利用填充因子来表征微透镜阵列系统光瞳位置处光束的填充率,并分析其对系统探测距离、点扩散函数和光学传递函数的影响。基于近轴光学模型,构建了快速计算微透镜阵列扫描光学系统填充因子的数学模型,并提出一种系统设计方法。利用该方法设计了微透镜阵列扫描光学系统,所设计系统的实验结果与理论计算结果吻合,表明该系统的性能良好。     

基于最小二乘法准则的光学综合孔径观测目标傅里叶信息提取

提出了基于最小二乘法准则提取光学综合孔径观测目标的傅里叶信息,给出了系统的理论推导过程.与其它传统条纹信息提取方法作了比较,指出基于最小二乘法准则提取观测目标信息周期短,速度快,可提取观测目标的傅里叶幅度和相位.实验仿真表明,基于最小二乘法准则提取观测目标信息是可行的.     

基于孔径分割与视场分割的通道型成像光谱偏振技术

本文基于孔径分割、视场分割与通道光谱技术, 提出一种成像光谱偏振技术的新方案. 本方案在单一面阵探测器上同时获取经过不同强度调制的两对正反相干涉图, 四幅干涉图相加获取强度加倍的目标图像, 正反相干涉图相减获取纯干涉条纹, 纯干涉条纹相加减获取强度加倍的单通道干涉条纹, 对单通道干涉条纹进行傅里叶变换获取目标的光谱与偏振信息. 文中描述了方案的原理结构, 推导出了干涉强度的表达式, 并利用计算机仿真验证了方案的可行性. 为新型成像光谱偏振仪的设计和工程化应用提供了一种新思路.     

Phase synthesis of a holographic metrological diffraction grating of unlimited length

A breakthrough in the technology of measuring systems of submicrometre and subsecond precision was made possible by the invention of holographic phase aperture synthesis of highly regular interference structures. The practical fulfilment of holographic phase aperture synthesis requires development of the following new optical methods: (1) synthesis of the aperture by out of phase auxiliary holographic diffraction gratings; (2) high-precision analysis of the phase structure of the interference field; (3) automatic control of the aperture synthesis process using two-frequency modulation of the interference field; (4) an adaptive interferometer for aperture synthesis. This paper is devoted to the above methods.     

Testing a large aspheric surface based on analysis of scanning 3D interferogram

A new method based on new reconstruction algorithm and new interferogram fringe analysis was proposed for testing a large aspheric surface. In the testing process, firstly, the interferometer or the tested aspheric surface was shifted relatively for measurement of the whole aperture of the tested aspheric surface to obtain a series of interferograms. Then these interferograms were analyzed to extract the best matching point, where the annular sub-surface was tangent with the corresponding reference sphere of the reference wavefront. Finally, the wavefront aberration of the whole aperture was figured out to describe the deformation information of the tested surface. Without any additional null optical elements, this method can perform the measurement directly. So, this method provides an effective and convenient means of testing the large-aperture aspheric surface. The mathematical model of this method is described, and the results of simulation tests are presented to verify it.     

时空混合调制型偏振干涉成像光谱仪数据处理研究

研究了基于Savart偏光镜的偏振干涉成像光谱仪在时空混合调制模式下图像形成、数据分布的特点,论证了视场补偿型偏振干涉成像光谱仪更适用于单色光条件下的时空混合调制工作模式,并提出了时空混合调制模式下数据采集与处理的基本原理及其需要注意的问题与解决方法.最后,应用这种方法对实验获取的干涉图进行了数据处理,并成功复原出了光谱.     

Common-path interferometer with a tri-window

A common-path interferometer is proposed with a tri-window. It is built using a 4f optical system with Ronchi ruling as a spatial filter. The input rectangular aperture is formed by three windows; the central window supports a phase object, and the other two are used for reference beams. Using an appropriate grating period relative to input aperture size, an interferogram containing three patterns can be obtained in the output plane. The object phase can then be reconstructed from the three patterns using just one interferogram. The experiments are carried out to demonstrate the feasibility and reliability of the proposed scheme.     

高质量等曲率物参光像面数字全息显微系统

对等曲率物参光像面数字全息显微成像系统进行研究,分析了光路配置方法,推导了系统的点扩散函数,并由此指出了决定系统成像分辨率的因素及系统的成像特点,最后讨论了再现像光场一次位相畸变校正的方法.结果表明,等曲率物参光像面数字全息具有最大的信息容量;该系统的成像分辨率取决于显微物镜的数值孔径和CCD的像元大小,与CCD的光敏面尺寸无关;物体各点中通过显微物镜的所有频率成分均能被系统完全记录与再现,样品被照亮区域的大小对记录条件和再现像质没有影响;等曲率物参光像面数字全息系统是一种优化的全息记录与再现系统,利用该系统可以实现高质量成像.实验结果验证了理论分析的正确性.     

变孔径像面散斑平均光强标定随机表面的理论与实验

采用随机表面的高斯相关模型和统计光学原理,推导出弱散射体在4f系统中的像面上光强的表达式.在此基础上提出了均方偏差粗糙度和横向相关长度的标定方法,该方法用理论结果对实验测量的像面散斑平均光强随滤波孔半径的关系曲线进行拟合,同时测量出被测样品表面的两个统计量.实验上制作了高斯相关随机表面样品,对其表面参数进行了测量,与AFM所测结果符合得较好,这表明该方法具有较高的精度. 关键词： 弱散射体 像面散斑 平均光强     

基于波像差函数建立大口径施密特校正板方程

施密特光学系统由施密特校正板和球面反射镜组成,校正板设置在球面反射镜的球心处,系统的焦点不一定和反射镜的焦点重合。为了得到精确的校正板面形初始结构参数,基于波像差函数建立了带有离焦量的大口径施密特校正板的数学模型,同时校正了系统的三级和五级球差。利用光学设计软件对校正板口径为1000mm、主镜的曲率半径为2000mm、F数为1的系统进行了设计和分析,来验证校正板面形数学模型的正确性。结果显示此校正板的数学模型与优化后结果吻合得较好,校正板面形初始结构参数的精度得到了极大的提高,这为大口径、大相对孔径的施密特光学系统的设计提供了理论基础。