1 西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048
2 西安工业大学 电子信息工程学院，西安 710021
3 中国计量大学 信息工程学院，杭州 310018
4 商洛学院 电子信息与电气工程学院，陕西 商洛 726000
5 西安工程大学 电子信息学院，西安 710600
6 兰州理工大学 计算机与通信学院，兰州 730050
【目的】变形镜（DM）是自适应光学系统中实现波前校正的关键器件，其性能直接决定了系统的波前畸变校正能力。通过研究DM及其控制算法，可以不断改进自适应光学系统的校正能力。该研究一方面可以提高DM的精度和响应速度，使其更好地校正各种复杂的波前畸变，另一方面，可以改进控制算法，提高校正的效率和准确性。这些都将直接影响到自适应光学系统的成像质量和性能，因此，研究DM及其控制算法对于改进自适应光学系统的校正能力、扩展应用领域以及提升成像质量和性能具有重要意义。
【方法】文章旨在梳理国内外关于DM及其控制算法的研究进展，分析不同的控制算法对波前畸变的校正精度，为自适应光学的发展奠定基础。首先以几种典型的DM为例，对DM的建模以及对分离促动器DM、拼接子DM、薄膜DM、双压电DM、微机电系统（MEMS）DM和音圈DM的结构及工作原理进行了详细介绍。接着分析了基于Prandtl-Ishlinskii（PI）迟滞模型的控制算法、解耦控制算法和稀疏采样控制算法等几种控制算法。
【结果】文章总结了西安理工大学在该领域所做的工作，最后指出了未来在该领域的技术突破和改进方向。
【结论】DM及其控制算法的研究为自适应光学的发展奠定了基础，使其应用于更多的领域，进一步提高自适应光学系统的性能。这将有助于改善成像质量，推动自适应光学技术的发展。
变形镜 控制算法 自适应光学 DM control algorithm adaptive optics 光通信研究
2024, 50(2): 22006201
光子学报
2023, 52(11): 1111004
强激光与粒子束
2023, 35(10): 101007
1 江南大学 理学院, 江苏 无锡 214122
2 光电对抗测试与评估重点实验室, 河南 洛阳 471003
3 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
为了满足小型化自适应光学系统校正波前畸变的需求，基于系统理论分析设计了一种使用微型音圈驱动器的变形镜。使用电磁理论和有限元方法优化了微型音圈驱动器的结构参数。从热变形、共振频率、耦合系数等多个参数的角度对变形镜进行了优化。最后根据影响函数完成了波前拟合和残差计算。优化后的69单元紧凑型音圈变形镜具有大相位调制量、良好的热稳定性，第一共振频率为2220 Hz。对于PV值为1 µm的前35项泽尼克模式，紧凑型音圈变形镜的拟合残差均小于30 nm。对于复杂随机像差，紧凑型VCDM能够将波前RMS降至原来的10%以下。结果表明，与传统的音圈变形镜相比，紧凑型音圈变形镜具有更高的波前拟合精度。高性能、低成本的紧凑型音圈变形镜在视网膜成像和机载成像系统中具有良好的应用前景。
自适应光学 变形镜 音圈驱动器 多参数分析 adaptive optics deformable mirror voice coil actuator multiparameter analysis
郑州大学机械与动力工程学院，河南 郑州 450001
目前常用的屈光不正的矫正方式都是针对人眼像差的某一静态值进行矫正，无法对人眼像差的动态变化进行有效矫正。为了解决这一问题，开发了一种基于图像处理的人眼离焦量的动态补偿系统，其以红外相机和图像处理程序组成的瞳孔大小动态测量系统、透射式变形镜和控制程序组成的屈光力动态矫正系统为核心。在光学实验平台上搭建出系统原型，并展开实验。实验结果表明，所提系统能够在不同光强条件下实现对人眼瞳孔大小的准确测量及对应离焦像差的准确、快速、平滑的矫正，初步证实了所提系统的有效性。
人眼像差 动态矫正 图像处理 透射式变形镜 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2423001
1 江苏海洋大学电子工程学院，江苏 连云港 222005
2 金陵科技学院网络与通信工程学院，江苏 南京 211169
随机并行梯度下降（SPGD）算法是无波前探测自适应光学（AO）系统最常用的控制算法，这种方法一般以变形镜的驱动电压作为控制参数。但随着变形镜单元数的增加，以变形镜驱动电压作为控制参数的AO系统的收敛速度将会大大降低，常采用模式法来降低控制参数的维度。对比分析了不同单元数的变形镜对K?L模式和Zernike模式各阶像差的拟合能力，并以大气湍流影响下的光波波前像差作为校正对象，分别考察了K?L模式和Zernike模式系数作为控制参数时的AO系统的收敛速度和校正效果。结果表明：以常规SPGD控制算法（以驱动器电压作为控制参数）的收敛情况作为参考指标时，基于K?L模式的SPGD控制算法和基于Zernike模式的SPGD控制算法的收敛速度相较于常规SPGD控制算法分别提升了47.5%和29.4%。当大气湍流强度分别为10、15、20时，以K?L模式系数作为控制参数时的校正效果和收敛速度均优于以Zernike模式系数作为控制参数时的情况。以上研究结果为基于K?L模式的SPGD控制算法的实际应用提供了参考。
光通信 自适应光学 随机并行梯度下降 变形镜 K‑L模式 波前校正 中国激光
2023, 50(14): 1405001
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
3 光电对抗测试评估技术重点实验室，河南 洛阳 471003
自适应光学技术被广泛应用于人眼像差的校正，从而实现眼底细胞和微血管进行高分辨率成像。传统自适应光学系统受夏克哈特曼波前探测器的动态范围限制，只对部分人群适用，无法对高屈光不正人群进行眼底高分辨率成像。为了提高眼底自适应光学成像系统普适性，本文设计了一种基于音圈变形镜高分辨率眼底自适应光学成像系统：引入Badal调焦系统，能够对人眼屈光度在-8~8 D的眼底进行高分辨率成像；用轴锥透镜组代替传统的环形光阑，控制正、负轴锥透镜间距可以调节环形光内径，以适应不同人眼的角膜，同时避免角膜反射的杂光；通过视标引导实现大视场成像。仿真结果表明，照明子系统在眼底视网膜照度分布均匀；在设定的公差范围内，至少有90%的MTF值在25 lp/mm达到0.21（对应视网膜上4 μm）。在实验室搭建了相应的光路，对大畸变的模拟人眼进行了成像，获得了较好的成像效果。
自适应光学 人眼像差 音圈变形镜 眼底成像 adaptive optics human ocular aberrations voice coil deformable mirror fundus imaging
1 中国民用航空飞行学院航空电子电气学院，四川 广汉610308
2 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
为实现无波前传感器自适应光学系统中双变形镜的解耦控制，本文提出了一种基于模式投影抑制的双变形镜解耦控制方法，其中：低空间分辨率大行程变形镜使用模式法进行控制，用于低阶像差校正；高空间分辨率变形镜用于校正高阶像差。同时，通过投影抑制法消除高空间分辨率变形镜中的低阶校正分量，进而实现两个变形镜的高效协同工作。理论分析与仿真结果表明，相比传统的无波前传感器自适应光学系统的解耦算法，本文所提解耦控制方法在稳定性、解耦计算的运算量上均有更优异表现，并可实现良好的耦合误差抑制与像差校正效果。所提算法的有效性得到了原理性实验的验证。
自适应光学 双变形镜 解耦控制 投影抑制
光学 精密工程
2022, 30(23): 3004
光学 精密工程
2022, 30(23): 2995
