1 中国科学技术大学 生物医学工程学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
进行波前探测时，标准动物模型小鼠的眼底视网膜双层反射光会导致像差探测失效。为解决这一问题，本文提出了一种结合光学掩模调制的鼠眼像差测量方法，以期提高鼠眼波前像差测量精度。首先，根据鼠眼视网膜的关键参数，建立鼠眼波前像差探测的光学系统模型并进行光学仿真。然后，分析比较不同孔径的光学掩模对视网膜非目标层反射光束的遮拦效果，确定光学掩模参数与实验方案。最后，搭建鼠眼波前像差探测系统并开展在体鼠眼波前像差的测量实验。实验结果表明：0.5 mm孔径的光学掩模可以将鼠眼波前像差的测量均方根误差降低74.9%，与理论仿真的80%区域实现非目标层反射光遮拦效果近似。本文研究实现了对鼠眼视网膜非目标层反射光的有效遮拦，提升了鼠眼波前像差探测精度，为进一步实现鼠眼高分辨率成像奠定了基础。
波前探测 鼠眼像差 掩模 夏克—哈特曼波前传感器 wavefront detection mouse eye aberration mask Shack-Hartmann wavefront sensor
中国船舶重工集团公司第七一八研究所, 河北 邯郸 056027
为了测量稳定运行时超声速自由旋涡气动窗口(ADW)产生的像差,评价ADW的光学性能,提出了一种基于一维自准直Shack-Hartmann传感器,用拼接法进行波前复原测量气动窗口的方法。采用671 nm光源作为测试光源,高帧频CCD面阵相机采集经Shack-Hartmann波前传感器聚焦的子光斑阵列,采用拼接法进行波前复原。讨论分析了波前像差中沿y方向的倾斜量、波前峰谷(PV)值和均方根(RMS)值与气动窗口工作状态的对应关系。实验结果表明,压力稳定时长曝光PV值为0.1729λ,RMS值为0.0578λ。实验数据说明了Shack-Hartmann传感器拼接法对测量ADW光学性能的可行性,对ADW的进一步优化和实际应用具有重要的工程指导意义。
测量 激光器 自由旋涡气动窗口 Shack-Hartmann波前传感器 拼接法 光学质量 中国激光
2021, 48(23): 2304003
强激光与粒子束
2021, 33(8): 081001
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 电子科技大学光电科学与工程学院, 四川 成都 610054
3 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
4 中国科学院大学, 北京 100049
夏克-哈特曼波前传感器是自适应光学系统的重要组成部分,其检测精度直接影响着整个系统的性能。数值模拟技术具有成本低、易于实现等优点,因此,采用数值模拟技术建立了夏克-哈特曼波前传感器的仿真平台,并对其进行了测试。测试结果表明,该仿真平台能很好地表征湍流相位的统计特征,并根据自适应光学系统的工作环境优选光斑定位算法及参数,同时处理特殊情况(如子孔径缺光),以保证波前复原的准确性。此外,该仿真平台可以分析不同畸变波前和噪声水平下的光斑定位误差和波前复原误差,为进一步研究和优化自适应光学系统参数以及提高整个系统的检测精度和性能提供了一个非常有用的工具。
传感器 傅里叶光学 夏克-哈特曼波前传感器 数值模拟 畸变波前 噪声模拟 中国激光
2021, 48(17): 1710001
1 北京理工大学光电学院, 北京100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室, 北京 100081
夏克-哈特曼波前传感器(SHWS)通常要求每个子透镜的对应光斑必须在其相应的子孔径范围内,以方便确认光斑与子孔径间的对应关系。提出了一种基于软件的识别方法即迭代外推法,可以在光斑跑出其对应子孔径范围时,仍能确认每一个光斑对应的子孔径,使SHWS具有更大的动态范围。该方法首先找到一个可排序的3×3光斑阵列,并建立关于光斑质心坐标与其行列序号间关系的多项式函数,以预估和搜索相邻光斑;然后利用已搜索光斑区边缘处的3×3光斑阵列,继续向外搜索,直到找到所有光斑,完成所有光斑的行列排序;最后通过调整光斑行列序号的整体偏移,确认光斑与子孔径间的对应关系。仿真研究了该迭代外推法的性能,并通过实验进一步验证了该方法的实用性。
成像系统 自适应光学 夏克-哈特曼波前传感器 动态范围 迭代外推法 光学学报
2020, 40(16): 1611004
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 电子科技大学光电科学与工程学院, 四川 成都 610054
3 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
4 中国科学院大学, 北京 100049
对比研究缺光子孔径斜率置零复原法和缺光子孔径去除复原法的波前复原误差。首先研究了单子孔径缺光的情况,分析表明:缺光子孔径斜率置零法的波前复原误差呈现随子孔径中心相对全口径中心的半径的增大而增大的规律,即孔径中心部分的缺光子孔径的复原误差小,孔径边沿缺光子孔径的复原误差大;而缺光子孔径去除法的波前复原误差在孔径上分布比较均匀并且较小。缺光的子孔径数目增加后,波前复原误差也随之增加。对比研究了多子孔径缺光的情况,结果表明缺光子孔径去除复原法虽然计算量大,但波前复原误差要小得多。
信号处理 夏克-哈特曼波前传感器 斜率置零法 子孔径去除法 波前复原误差
Author Affiliations
Abstract
1 School of Engineering, Monash University Malaysia, Jalan Lagoon Selatan, Bandar Sunway 47500, Malaysia
2 Department of Electrical and Computer Engineering, Colorado State University, Fort Collins CO 80623, USA
Compressed sensing leverages the sparsity of signals to reduce the amount of measurements required for its reconstruction. The Shack-Hartmann wavefront sensor meanwhile is a flexible sensor where its sensitivity and dynamic range can be adjusted based on applications. An investigation is done by using compressed sensing in surface measurements with the Shack-Hartmann wavefront sensor. The results show that compressed sensing paired with the Shack-Hartmann wavefront sensor can reliably measure surfaces accurately. The performance of compressed sensing is compared with those of the iterative modal-based wavefront reconstruction and Fourier demodulation of Shack-Hartmann spot images. Compressed sensing performs comparably to the modal based iterative wavefront reconstruction in both simulation and experiment while performing better than the Fourier demodulation in simulation.
Shack-Hartmann wavefront sensor surface measurement compressed sensing Photonic Sensors
2019, 9(2): 02115
江南大学理学院江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
对于暗弱目标探测,现有的方法仍然存在探测误差较大的问题,为了提高夏克-哈特曼波前探测器的质心探测精度,提出了一种改进的距离-幂指数质心探测算法。在不同情况下将所提算法与现有的几种质心算法进行对比,仿真结果表明,在不同信噪比、不同光斑直径、子区域不同像素等因素影响下,所提算法的质心探测误差低于其他算法的误差,且更为稳定。
探测器 信息处理 夏克-哈特曼波前探测器 质心探测算法 激光与光电子学进展
2018, 55(4): 040401
