旋转双柱面镜矫正人眼散光

如何有效矫正随人群起伏很大的人眼像差,提高人眼自适应光学系统的人群适用范围是临床应用面临的最大难题。旋转双柱面镜散光补偿技术是一种使用灵活、低成本的散光补偿方法。给出了旋转双柱面镜散光矫正的理论依据,并搭建了基于远场光斑形态的散光自动补偿实验系统,验证了旋转双柱面镜散光矫正理论的正确性。在此基础上,将旋转双柱面镜与人眼自适应光学系统相结合,利用哈特曼波前测量数据调整双柱面镜,实现了(-4~0D_c)散光的全自动补偿,补偿精度优于0.1 D_c,并验证了实际人眼散光补偿效果。该技术结合Badal调焦可以为人眼自适应光学系统的大规模人群适用提供一种经济有效的低阶像差补偿方案。     

矫正器平移和旋转对人眼高阶像差矫正的容限分析

人眼像差矫正器的位置变化对矫正人眼像差能力的容限分析有重要的意义.在基于哈特曼-夏克人眼像差仪对三只人眼像差准确测量的基础上,比较了人眼高阶像差矫正器与人眼低阶像差矫正器矫正效果的不同,从理论上计算了在平移和旋转下高阶像差矫止器矫正效果优于低阶像差矫正器的移动容限.三组被测试像差对旋转的容限均在20°左右,而对平移的容限差异较大.结果表明,位置变化对不同的像差有着不同的影响,人眼波前像差越大对位置变化越敏感,高阶矫正优势越不明显;高阶像差矫正对不同类型的位置变化有不同的容限度.其中平移的容限较小而旋转的容限较大.     

自由曲面校正光学系统像差的研究EI北大核心CSCD

利用条纹泽尼克多项式来表征自由曲面的光学元件,并将多项式中表示初级球差、彗差、像散项转换为矢量形式.利用矢量波像差理论,研究了自由曲面光学元件校正光学系统初级像差的特性.通过分析可知,自由曲面在光学系统中不同位置时所校正的像差特性不同.当自由曲面位于光学系统的孔径光阑(入瞳或出瞳)上可以校正光学系统全视场内为常数的初级像差;当自由曲面远离孔径光阑时,由于轴外视场成像光束口径的缩放与偏移,自由曲面可以校正非对称初级像差,且不同初级像差与视场依据关系不同.     

Schmidt棱镜偏振像差对成像质量的影响EI北大核心CSCD

为了分析Schmidt棱镜偏振像差在自然光成像系统中对成像质量的影响,以线偏振光矢量衍射光强分布为基础,利用两种非相干叠加积分模型,获得了自然光通过Schmidt棱镜后完全相同的衍射光强分布关系。通过这个关系式分析得知,自然光经过屋脊棱镜的偏振像差表现为衍射光斑的对称分裂。对分裂导致的像面中心亮度比、分辨率以及所提出的像面变形度等像质评价参数进行了分析计算。结果表明,Schmidt棱镜的成像质量受到其偏振像差的影响严重。Jones矩阵因子B作为棱镜的结构特性参数,影响并决定棱镜的成像质量。B因子的大小就是Schmidt棱镜偏振像差的大小。理论分析及实验结果均表明,B=0为校正Schmidt棱镜偏振像差的一个条件。     

基于近红外光谱的人眼像差校正系统中变形镜性能对比研究

对比分析了基于近红外光谱的人眼像差校正系统中两种微机械薄膜变形镜(OKO37单元和BMC140单元)的结构特征和空间特性,着重对变形镜的影响函数进行了主成分研究,建立了变形镜电压控制模型,并通过调整参数d确定变形镜最优控制模式。最后对Zernike单位模式波前像差和Thibos模式人眼波前像差进行拟合仿真实验,结果表明BMC140单元变形镜对Zernike各阶模式的拟合能力均为OKO37单元变形镜的2倍以上。对RMS均值为0.683λ(λ=0.785 μm)的Thibos模式人眼像差,BMC变形镜校正后残余像差RMS值为0.063λ,达到了光学系统的衍射极限(λ/14)。而OKO变形镜由于受相邻电极交连值大、电极分布密度小等因素的影响,其校正能力不及BMC变形镜,残余像差RMS值为0.168λ。本方法也可用于其他种类变形镜的性能评估。     

两镜反射系统自适应装调技术研究北大核心CSCD

为了满足两镜反射系统对光学元件高精度的装调、定位要求,以及系统工程化应用对可靠性与装调效率的要求,提出了一种基于人工神经网络(ANN)的自适应装调技术。基于矢量波像差理论分析两镜系统波像差与失调量的映射关系,在Keras框架下搭建ANN,并以非解析思路构建了自适应装调模型,开发了自适应装调装置,使失调次镜的平移调校精度优于2μm,倾斜调校精度优于2″,解决了算法设计与精度优化、反射镜组微应力固联等技术难题,并对某双抛无焦系统完成了自适应装调验证。试验结果表明:运用该装调技术,两镜反射系统装调后波像差优于λ/16、装调周期大幅缩短、装配可靠性通过环境试验考核,为该技术的工程化应用打下了基础。     

人眼高阶像差校正和视觉分析系统

人眼除具有可用眼镜或接触镜校正的低阶像差(离焦、像散)之外,还普遍存在高阶像差。高阶像差的存在影响着屈光系统的成像质量。为研究高阶像差对视觉功能的影响,利用自适应光学技术,建立了具有校正高阶像差和产生高阶像差双重功能的人眼高阶像差校正和视觉分析系统。介绍了系统实现高阶像差校正和视觉分析的工作原理;阐述了波前校正器、哈特曼波前探测系统、控制系统等关键单元技术;列出了系统对泽尼克模式像差的校正效果,绝大多数像差从0.5λ降低到0.2λ以下;阐明系统功能的实现过程,并给出仿真实验的结果。该系统为进一步研究高阶像差对视功能的影响提供了有效的手段。     

自适应光学闭环系统实时多路自适应控制算法EI北大核心CSCD

分析和介绍了自适应光学闭环系统中一种实用的实时多路自适应控制算法。该多路自适应控制算法综合考虑了大气湍流扰动以及自适应光学系统时间延迟对系统控制效果的影响,其各个控制回路的控制参数能根据外界扰动的变化进行实时的迭代调整,从而使系统始终工作在最优控制状态。利用61单元自适应光学系统上模拟的大气湍流扰动信号,实现了对变形镜各路控制电压进行闭环优化控制的多路自适应控制算法,并对该算法的收敛性、控制效果、控制带宽进行了仿真研究和分析。仿真结果表明,同经典比例积分控制算法相比,多路自适应控制算法具有更强的自适应性,可以更有效地减少外界扰动对自适应光学系统校正效果的影响,提高自适应光学系统的闭环控制带宽,改善控制特性。     

光束旋转90°多程放大系统的波前误差校正

光束通过神光-Ⅲ原型装置四程放大系统发生了90°旋转和扩束。在四程放大系统腔镜处放置变形镜校正系统像差是一种新的自适应光学方案，推导出被校正像差与变形镜面形之间的数学关系。理论推导表明，在扩束比大于1的前提下，腔镜处变形镜可以校正系统输出的任意类型的像差，且变形镜对应的面形唯一。理论分析和计算仿真说明该方案的校正能力与像差类型和扩束比有关，扩束比增大将增强变形镜校正像散的能力，但系统旋光消像散的能力也将减弱。     

同步辐射用36单元压电变形镜研制及其面形调控研究北大核心CSCD

第4代同步辐射光源及自由电子激光装置中束线光学系统对光学元件性能提出了苛刻的要求。使用压电变形镜是实现超高面形精度调控和实施波前补偿的有效途径,也是目前亟需突破的国产化技术瓶颈。针对这一问题,研制了长度为200 mm、含36个单元压电促动器的压电变形镜。通过数值模拟优化了变形镜结构参数,利用国产工艺完成了变形镜样机的制作,并对其面形调控能力进行初步探究。测试结果表明:所研制变形镜样机的平面面形误差可降低至1.38 nm(rms),斜率误差降低至240 nrad(rms),实现了平面面形的nm级调控。     

超紧凑型单片成像光学系统设计EI北大核心CSCD

针对红外搜索及跟踪系统中折反式光学系统结构复杂,装调困难及成本高的问题,采用了一种一体式折反结构的透镜。在单片透镜的前后表面进行分区域加工,分别镀上内反射膜和增透膜,形成两个反射面和两个透射面,构成折反一体式透镜。将整个光学系统集成在一片透镜上,降低了系统的复杂度和装调难度,提高了系统的稳定性和可靠性。设计了适用于中波红外的紧凑型成像光学系统,远射比达0.62,结果表明该系统像质优良;各视场光学传递函数均大于0.55,接近衍射极限,并且利用二元衍射光学元件在-40℃～60℃实现光学被动消热差;最后利用单点金刚石车床加工出的样机在不同温度下进行成像实验,结果表明在不离焦的情况下,各温度下成像清晰,满足实际加工和应用需求。     

基于个性化人眼模型的大视场波像差特性的研究

大视场波前像差对人眼光学系统的影响不容忽视。运用Zemax光学设计软件分别为8只正常人眼构建了个性化的人眼模型,该人眼模型由实际测量的人眼波前像差数据、角膜地形数据及眼内各部分轴向间距数据优化得来,与个体人眼具有相同的光学特性。在此基础上,分析了人眼颞侧方向0°,10°,20°,30°,40°,50°视场的离轴像差随视场角的变化趋势,得出边缘视觉比中央视觉质量差主要来源在于像散与彗差。四阶以上的高阶像差随着视场角的改变,变化不大。将个性化人眼模型计算得到的大视场波前像差值与用哈特曼夏克(Hartmann-Shack)波前传感器实际测量得到的人眼像差值相比较,两者结果相吻合。     

一种双曲面光学系统中次镜装调设计与实现北大核心CSCD

R-C(Ritchey-Chretien)光学系统作为两镜反射式光学系统,是双曲面光学系统的典型结构形式,在现代光学工程中具有重要的应用。以缩短高精度系统装调周期和指导高精度系统批量生产为目的,用某一机载星敏感器所应用的R-C光学系统为例,在确定以主镜为装调基准的前提下,针对直径较小的次镜,设计了一种次镜装调机构,实现次镜6个自由度调整,并对装调、固化过程中涉及的方法进行了说明。通过对装调前后以及环境试验后的系统像质进行测试,验证了设计机构的稳定性。测试结果表明:该次镜装调机构能够满足系统像质要求,整机波像差PV值优于(1/2)λ,RMS值优于(1/15)λ,装调方法达到可指导高精度系统批量生产的目的。     

双波长数字显微像面全息术测量微结构表面形貌EI北大核心CSCD

为了扩大传统双波长数字全息显微技术在实时微结构表面形貌测试中的有效测量视场,提高实时响应速度并降低噪声,将传统双波长数字全息术和数字显微像面全息术相结合,提出了一种双波长数字显微像面全息方法。该方法在记录像面全息图后,无需进行衍射重构,直接在全息面提取相位和强度信息达到测量样本形貌的目的。基于该方法对微米级高度的台阶结构进行三维形貌测试,同时对比了传统双波长数字全息显微系统和机械探针轮廓仪的微台阶测试结果。从三者的对比分析中可知,双波长数字显微像面全息的这种测试技术是有效可行的,且具有单曝光、全视场,响应速度快以及噪声较低的特点,对于阶跃高度达到微米级的微器件形貌测试尤为适用。     

单压电执行器阵列驱动的变形镜的制备与表征

为降低压电执行器阵列式变形镜的成本,提出了一种由单压电执行器阵列驱动的低成本变形镜.制备了 19单元50 mm 口径的变形镜样机,建立了基于Shack-Hartmann传感器的 自适应光学测试系统,并对单个执行器性能、校正性能、镜面校平性能、变形镜频率响应特性进行了表征.测试结果显示,制备的变形镜单个执行器在50 V电...     

像面干涉中非线性干涉光谱数据重构算法EI北大核心CSCD

静态迈克耳孙干涉仪是一种实体式像面干涉仪,可以解决干涉光谱成像仪大视场的技术难点。在采样过程中,静态迈克耳孙干涉仪会引入光程差的非线性干涉误差,导致无法准确复原光谱,因此需要对非线性干涉误差进行修正。分析了非线性干涉误差的理论模型,提出了基于数值拟合的非线性干涉光谱数据重构算法,并进行了仿真验证。仿真结果表明,采用数值拟合的重构算法可成功复原目标光谱,消除非线性干涉误差;与采用线性拟合的重构算法相比,使用柯西色散公式拟合的重构算法的光谱复原精度更高,且吸收峰处的反演光谱与入射光谱的相对误差小于0.7%。     

光束旋转90°多程放大系统的波前误差校正

 光束通过神光-Ⅲ原型装置四程放大系统发生了90°旋转和扩束。在四程放大系统腔镜处放置变形镜校正系统像差是一种新的自适应光学方案,推导出被校正像差与变形镜面形之间的数学关系。理论推导表明,在扩束比大于1的前提下,腔镜处变形镜可以校正系统输出的任意类型的像差,且变形镜对应的面形唯一。理论分析和计算仿真说明该方案的校正能力与像差类型和扩束比有关,扩束比增大将增强变形镜校正像散的能力,但系统旋光消像散的能力也将减弱。     

高频采样下人眼波像差特性研究

为提高自适应光学人眼波像差校正和视网膜成像效果,研究了人眼动态波像差的特性。利用采样频率为300Hz、曝光时间为3ms的哈特曼传感器,搭建波像差探测系统。误差分析和模拟人眼实验表明,该系统对动态波像差的测量误差均方根(RMS)均值仅为0.01λ。人眼波像差探测结果表明,人眼存在150Hz以上的波像差,可能对自适应波像差校正造成影响。这种影响可通过延长探测和成像曝光时间的方法来抑制。为了达到衍射极限,对于稳定盯视状态下的人眼,3ms探测曝光、探测校正周期不超过45ms的自适应系统,其校正残差均方根在λ/14以下;当曝光时间增加到6ms时,该周期可放宽至62ms。研究了倾斜像差的波动对成像的影响,确定了高分辨率人眼眼底成像中,成像曝光时间最长不能超过9ms。上述结果表明,将自适应光学视网膜成像的探测曝光与成像曝光时间均定在6ms左右,可获得更好的校正和成像效果。     

基于像差影响的星间角距修正方法EI北大核心CSCD

为了有效地提高星模拟器的精度,针对经典星间角距数学公式没有考虑光学系统像差影响的问题,提出了一种基于像差影响的星间角距修正方法,建立了相关的数学模型并推导了相应的数学公式。并以球幕投影的星模拟器平台为例进行分析和实验测试,结合所建立的星间角距数学模型,对各星点的方位角和俯仰角进行曲线拟合,得到像差影响的星点位置误差拟合曲线,从而完成星间角距修正。实验结果表明,修正前星间角距误差为27.56″,修正后星间角距误差为16.96″,相对于修正前减小了10.60″。本文方法为有效提高星模拟器的仿真精度提供了理论基础。     

光束旋转90°多程放大系统的波前误差校正

光束通过神光-Ⅲ原型装置四程放大系统发生了90°旋转和扩束。在四程放大系统腔镜处放置变形镜校正系统像差是一种新的自适应光学方案,推导出被校正像差与变形镜面形之间的数学关系。理论推导表明,在扩束比大于1的前提下,腔镜处变形镜可以校正系统输出的任意类型的像差,且变形镜对应的面形唯一。理论分析和计算仿真说明该方案的校正能力与像差类型和扩束比有关,扩束比增大将增强变形镜校正像散的能力,但系统旋光消像散的能力也将减弱。