1 中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
针对较强天光背景下基于暗弱钠导星的大气波前畸变像差实时探测需求，本文提出了一种综合滤波的主动式波前探测技术，完成了对该技术的理论分析、参数设计及探测能力预估，并将该技术应用于传统哈特曼波前探测器，开展了基于钠导星的大气波前畸变像差探测实验。在约10 W/（m2·sr）的天光背景条件下，实现了基于钠导星同步采样大气波前畸变像差的实时探测。本工作对实际钠导星自适应光学系统应用的工作时段扩展进行了有益尝试。
自适应光学 钠导星 天光背景 波前探测
南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
针对在波前测试时，参考镜面自身面形误差、光能利用率不足、环境振动和空气扰动等对干涉测量结果的影响，提出一种基于偏振光栅（PG）分光的同步移相剪切干涉测量方法，通过将横向剪切干涉与同步相移技术相结合实现待测波面的准共光路相移测量。该方法采用1/4波片、PG和平面反射镜的组合作为横向剪切结构，可获得两束剪切的正交线偏振光，线偏振光经二维相位光栅、透镜、小孔光阑和相位延迟阵列构成的同步移相结构后，在CCD上可同时采集到4幅移相剪切干涉图。对x和y方向的剪切干涉图采用基于相位相关的图像配准算法、四步移相算法以及基于离散余弦变换法（DCT）的相位解包裹算法进行处理，得到差分相位分布，再用基于差分Zernike多项式的最小二乘波前重构算法对其进行重构，得到待测波面。通过搭建实验装置对一块透镜和凹面反射镜进行测量，结果表明，该方法的测量结果具有准确性和稳定性，该方法能够很好地应用于波前动态测量，对透射波前和光学元件的面形检测具有重要意义。
测量 波面检测 剪切干涉 同步移相 相位复原与重构算法
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
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 上海市计量测试技术研究院，上海 201203
五棱镜扫描法通过沿扫描方向连续采集子孔径光束会聚点的坐标，由斜率反演波前分布，是检测大口径准直波前的常用方法。在传统的一维五棱镜扫描法的基础上，提出添加多个五棱镜，形成一组并联的五棱镜和一组串联的五棱镜，实现了一种基于非均匀采样的五棱镜阵列扫描测量大口径准直波前三维分布的方法。该方法通过三个平行于扫描方向的并联五棱镜同时测量准直波前X方向的斜率，三个垂直于扫描方向的串联五棱镜同时测量准直波前Y方向的斜率，采用Zernike多项式中4～11项的导函数拟合测量得到的斜率，继而获得用Zernike多项式表征的准直波前三维分布。该方法只需要一次扫描测量，就能同时获得待测波前三条线上的斜率，避免了传统方法测量全口径准直波前时需要在X、Y方向进行的多次扫描，优化了扫描机构，缩短了扫描检测时间，实现了全口径准直波前的快速检测。通过仿真验证了使用待测波前三条线上斜率复原待测波前的可行性与准确性。应用该方法对1 m口径准直波前进行了检测，并与干涉法检测结果进行了对比，两种方法得到的准直波前数值与分布形式基本一致，证明了该方法的可行性。
测量 五棱镜扫描法 波前检测 非均匀采样 波前复原 中国激光
2022, 49(24): 2404001
1 中国科学院上海高等研究院上海同步辐射光源, 上海 201204
2 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
基于同步辐射和自由电子激光装置的X射线纳米聚焦技术已经成为开展前沿科学与技术研究的重要利器。鉴于X射线波段纳米聚焦材料的折射率都接近于1,故X射线聚焦元件与传统可见光元件有很大的不同。介绍了同步辐射装置中常用于X射线波段的衍射、折射和反射聚焦元件的工作原理,以及近年来从亚微米向单纳米极限聚焦发展的过程。当X射线聚焦趋近于衍射极限时,其加工、装调和准直带来的波前畸变会严重影响系统最终的聚焦性能,因此聚焦光的波前检测和波前相干光操控成为了需要着重发展的前沿技术方法。此外,对目前主流的纳米聚焦光束的波前检测技术和波前操控技术进行了介绍和比较,也对未来X射线衍射极限纳米聚焦元件的发展进行了展望。
光学学报
2022, 42(11): 1134004
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 中国人民解放军63867部队，吉林 白城 137000
3 吉林江机特种工业有限公司八分厂，吉林 吉林 132021
自适应光学校正技术可有效提升固体板条激光器的光束质量，但随着激光器输出功率的提升，输出光束口径逐渐增加，系统体积逐渐增大，自适应光学校正系统的设计难度也增加了。因此，在满足自适应光学校正系统中共轭探测等需求的前提下，统筹优化系统的尺寸参数，同时实现波前相位、光束质量评估等多参数的检测具有一定的研究意义。本文在系统整体尺寸为350 mm×180 mm×220 mm（长×宽×高）的条件下，研究实现了板条激光器输出160 mm×120 mm矩形光束多参数的检测。针对探测口径大、筒长限制、长出瞳距等技术要求，首先，利用双高斯初始结构的消像差特点，结合非球面技术，采用大倍率光束压缩后分光探测的设计方案，实现多参数的同时探测。其次，基于摄远成像和共轭成像等原理，确定系统初始参数。接着，建立仿真模型分析系统的成像质量和公差，为实验的搭建提供依据。最后，搭建实验平台验证设计结果。结果表明：所设计系统可在满足物像共轭、尺寸约束等条件下，实现对大口径矩形光束的共轭波前探测、光强均匀度检测和光束质量评估。实验测得被测光束β因子为1.24倍衍射极限，均匀度为73.8%，满足技术指标要求。
板条激光器 自适应光学校正 矩形光束 共轭波前探测 光束质量评估 slab laser adaptive optical correction rectangular beam conjugate wavefront detection beam quality evaluation
1 江南大学 理学院，江苏 无锡 214122
2 江苏省轻工光电工程技术研究中心，江苏 无锡 214122
影响大口径地基自适应光学望远镜成像的因素很多，为获得近衍射极限的高分辨力成像效果，需要对系统的关键参数进行优化。本文分析了影响地基光学望远镜成像的误差源，建立合理的误差评价模型。并利用仿真的方法对该模型进行了验证，并对湍流条件、望远镜口径、采样频率、变形镜驱动器间距、导星等关键参数进行了优化分析。与仿真结果对比表明：误差模型预测精度在较好的观测条件下能达到30 nm以内。该模型也为自适应光学系统在生物显微成像、眼底成像、激光大气通信等领域的应用提供了参考。
自适应光学 高分辨成像 波前探测 变形镜 误差分析 adaptive optics high resolution imaging wavefront detection deformable mirror error budge
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033
3 中国科学院大学, 北京 100049
为使拼接式望远镜的分辨率接近等效口径的衍射极限,各子镜必须具有极高的共面精度。针对拼接式望远镜的共相问题,首先,研究了拼接式望远镜光学共相探测中瞳面共相探测技术和焦面共相探测技术的原理。然后,总结了各项光学共相探测技术的优缺点、适用领域以及未来发展趋势。最后,分别为大平移误差、大倾斜误差的探测问题提供了解决方案。
测量与计量 拼接式望远镜 波前探测 平移误差 倾斜误差 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 230102
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
在使用自适应光学系统校正的激光传输系统中,光学薄膜的偏振效应会造成偏振色差,导致自适应光学系统的校正能力下降。基于激光传输系统中常用的卡塞格林系统,用琼斯矩阵描述了光学薄膜产生的偏振像差对振幅和相位的影响,使用奇异值分解法将标量波前从琼斯光瞳中分离出来,并用于模拟哈特曼波前探测器的波前探测和像差分析,最后利用Zernike多项式进行波前拟合。最终定量分析了光学薄膜的偏振色差对自适应光学系统校正能力的影响。
自适应光学 波前探测 偏振像差 光学薄膜 奇异值分解 激光与光电子学进展
2020, 57(15): 150101
