分析了Yb:YAG板条激光器波前畸变的基本特征，结合光斑形态和功率密度，提出了采用水冷式13单元一维变形镜和95单元二维变形镜相结合的双变形镜组合模式对Yb:YAG板条激光器的波前畸变进行闭环校正。针对输出激光的特征进行了校正需求分析和校正能力分析，以此为基础开展了一维变形镜和二维变形镜的仿真及优化设计，同步开展了哈特曼和高压驱动系统等硬件的研制。研制出的变形镜经受了满功率出光考核，验证了内循环冷却装置对水冷式变形镜的冷却效果，随后在闭环校正实验中，将激光器的开环光束质量β=9.03提升至闭环的1.98，验证了双变形镜组合模式的自适应光学系统对Yb:YAG板条激光器光束质量校正的能力。

自适应光学系统有效通光口径的变化会引起部分哈特曼传感器子孔径缺光以及部分变形镜驱动器失效, 造成系统子孔径排布和驱动器排布的匹配布局发生改变, 从而引起变形镜控制电压输入与哈特曼传感器反馈输出之间的对应关系发生变化。针对自适应光学系统有效布局变化的情况, 首先从理论上分析了系统不能稳定工作的原因, 并且提出采用0-1故障模型的新方法对自适应光学系统部分单元失效的情况进行建模, 然后针对经典比例-积分控制算法进行修正。最后通过实验证明, 采用0-1故障模型建模, 可以保证系统的稳定运行, 但自适应光学系统的部分单元失效, 会引起系统对波前像差的校正能力的下降。

微透镜阵列到CCD的距离是影响Hartmann-Shack波前探测器精度的主要装配误差之一。对该平移装配误差的修正, 能够有效减小波前探测误差。理论求解了球面波前通过微透镜引起的子孔径光斑质心移动量与波前探测器结构参数之间的关系, 借助该关系能够求出微透镜到CCD之间的实际距离, 以其改进波前斜率的计算。实验验证了理论推导的合理性, 并对实际装配参数进行标定, 得实际距离为24.2 mm。利用标定后的参数重建波前, 其相对误差减小20.4%。实验表明该标定方法能够有效提高波前传感器测量准确性。

人眼波前像差随时间涨落会引起人眼光学性能和视觉功能的改变.采用改进的Hartmann-Shack波前传感器人眼像差仪对10只屈光度为0 D-－5.0 D、直径为3 mm和6 mm的人眼瞳孔的波前像差进行测量, 其中每只人眼在5 s内连续测量125次, 测量频率为25 Hz.为确定测量过程中是否引入人为像差, 对人造眼3 mm和6 mm瞳孔的动态波前像差进行测量比对.结果表明: 所测量的10只人眼3 mm和6 mm瞳孔总的Zernike波前像差均方根涨落幅度的平均值分别为0.087 μm和0.105 μm, 均大于Marechal衍射极限;Zernike第3阶到第7阶波前像差均方根涨落幅度随像差阶数的递增而下降, 涨落幅度为0.06-0.02 μm;人眼波前像差的涨落频率达6 Hz.

基于哈特曼波前传感器检测原理, 结合图像清晰度定焦技术, 提出了一种测量微透镜阵列焦距的方法, 介绍了测量系统的组成和原理。首先利用平行光管的出射平面波前在被测微透镜阵列焦面上成像, 利用标准透镜产生的球面波前在微透镜阵列焦面附近成像。然后,根据平面波前和球面波前经过微透镜阵列成像时微透镜阵列焦面上光斑的偏移量, 计算相应的微透镜阵列子单元的焦距。最后, 基于图像清晰度定焦技术, 通过不确定度分析和实验测量验证了该方法检测微透镜阵列焦距的可行性。测量结果表明, 该方法对微透镜阵列焦距检测精度可达到3%; 同时, 一次测量可完成微透镜阵列多个子单元的焦距标定。相对于传统的检测方法, 该方法具有较高的检测精度和效率。

人眼是一个不完善的成像系统,存在各种像差,包括轴上像差及轴外像差, 这些像差都会影响视网膜 的成像质量。而现阶段大多数人眼像差的检测方法主要针对轴上视场像差的测量,比如离焦、像散以 及部分高阶像差的测量。因此提出了基于Hartmann-Shack波前传感器的人眼离轴像差的测量方法,建立 测量系统并进行实验研究,当离轴角度从0
偏离到左右各5
、10
时, 均方根(RMS) 值分别从1.12变化到1.36(1.52), 1.41(1.96),结果表明随着离轴角度的增 加人眼外围视野的成像质量显著下降,原因一方面是人眼离轴像差的增大,另一方面是由于外围视野的感光细胞密度降低。

在描述Hartmann-Shack波前传感器原理的基础之上,研究了在测量波前像差过程中人眼定位误差所引起的测量误差,给出了光学系统下与人眼视度相关的误差数学表达式,分析了在满足眼镜镜片国家标准(GB 10810-1996)的条件下人眼定位可允许的误差范围,这对于改善和提高Hartmann-Shack测量人眼波前像差的精度具有现实的意义。研究结果表明误差会随着被测眼视度的增加而增加。

阐述了人眼波前像差的概念及其Zernike多项式表示方法, 着重讨论了Hartmann-Shack传感器测量人眼像差的机理和人眼波前像差重建的方法, 并对人眼波前像差重建系统进行了详细设计。该技术给人眼像差的校正以及角膜“个体化切削”的实现带来了新契机。

设计了主客观方法相结合的人眼波前像差测量系统。该系统的控制部分以工控机为中心,实现了对离焦补偿装置、LCD视标显示装置和可变形镜驱动器的控制。使用Hartmann-Shack传感器对人眼出瞳的波前像差进行测量,光路中加入了能够显示各种视标和测试图案的LCD,从而考虑到了主观调节对人眼像差的影响,能够对人眼的视觉质量进行全面衡量,实现了客观测量和主观测量在光路中的结合。使用该系统分别测量得到了模拟眼和活体人眼的波前像差,并对主客观测量结果进行了信息融合,能够为个性化的人眼屈光矫正提供有用的依据。

为了从实验上分析和验证H-S传感器测量M2因子方法, 对使用双曲线拟合法测量M2因子和H-S传感器测量M2因子做了详细的实验研究, 且对实验结果、实验误差进行了比较与分析。研究表明: 当H-S波前传感器透镜组足够多, 重构误差较小, 选取合适的泽尼克多项式阶数时, H-S波前传感器一次测量法得到的光束的M2因子与传统方法测得的M2因子值基本相当。与双曲线拟合法相比, H-S传感器法适用范围小, 但是当满足测量条件时, H-S传感器法更便捷。