对由 37单元 OKO变形镜和 140单元 BMC变形镜组成的双变形镜系统的联合校正算法做了理论分析, 通过将两个变形镜的影响函数组合, 提出了一种基于影响函数组合及动态修正的校正模型。仿真研究了 37单元 OKO单变形镜系统, 140单元 BMC单变形镜系统, 37单元 OKO变形镜和 140单元 BMC变形镜组成的双变形镜系统的闭环校正。结果表明: 一是基于影响函数动态修正法的校正效果要优于固定修正法, 二是双变形镜系统的校正效果要优于任一单变形镜系统。从而可以在现有技术条件下通过提出的算法提高自适应光学系统的校正能力。

由于恒星星图的噪声滤波对保持星点的边缘细节要求较高, 本文以塔基(Tukey)扩散模型与改善的PM(Perona-Malik)模型为基础, 提出了一种基于正则化影响函数扩散模型的星图噪声滤波方法。该方法通过导数算子提取边界点集, 利用图像中原始像素和噪声像素的空间分布特性对图像进行噪声滤波处理, 并通过给定边界条件恢复图像边缘。由于避免了方差稳定(VS)变换, 该方法可以直接处理高斯噪声。对普通图像和添加高斯噪声星图进行了仿真测试,并与普通扩散函数算法进行了比较。实验结果表明:提出的算法表现出了较好的噪声滤波能力,同时有效地保持了特征图像的边缘。相对于普通扩散函数算法其平均绝对误差降低了13.6%, 峰值信噪比平均提高了6.1%。得到的数据显示, 本方法的滤波能力优于普通的扩散函数方法, 特别适用于星图的噪声滤波处理。

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。

在瑞奇-康芒检测中，被检平面本身所固有的像散和大曲率在被检系统波像差数据中都表现为像散。由于被检平面处于发散光路中,这就使得平面面形与系统波像差之间的关系(即影响函数)变得十分复杂,推导起来十分困难，只能进行定性或半定量检测。文中介绍了如何通过计算机光线追迹模拟瑞奇-康芒检验，在两个瑞奇角下得到两组影响函数，以此建立过定方程组，由干涉仪检测得到的两个不同瑞奇角下的系统波像差，通过最小二乘法解过定方程组，拟合得到被检平面镜的面形误差；实现了大口径平面镜的定量检测，并以平面镜直接检验的面形误差作为对比，检验结果的一致验证了该方法的准确性与可行性。

介绍了微机械薄膜变形镜(MMDM)面形影响函数的意义,并测量了Oko 公司37 通道MMDM 的面形影响函数矩阵,实验验证了镜面形变和单个驱动电极电压平方之间的线性关系,分析了变形镜的校正能力,建立了自适应光学系统闭环校正的模型。搭建基于MMDM 的自适应光学实验系统,采用人眼出射波前作为原始波前进行实验,结果表明,模型能快速有效的对动态畸变波前进行校正,为基于MMDM 的自适应光学系统提供了算法支持。

双压电片变形反射镜作为波前校正器具有结构简单、变形量大、成本低及制造周期短的优点, 能代替传统分立式变形镜从而降低自适应光学系统的成本。为验证工艺的可行性和了解双压电片变形反射镜的性能, 制造了一块20单元的试验样镜。样镜采用了双层压电陶瓷的结构, 其中一层作整体离焦电极以校正大幅值的离焦像差。利用Veeco干涉仪测量了样镜单元电极影响函数, 分析了其对前36项Zernike像差的校正能力。结果表明, 样镜对离焦像差能获得高达8 μm以上的校正量, 对其它高阶像差也能适量校正, 但校正能力随空间频率升高而降低, 显示出其适合校正低阶像差的特性。此外, 讨论了不同有效孔径下样镜对Zernike像差的拟合能力。

对能动变形反射镜波面误差进行了理论分析和实验研究。在对能动变形反射镜波面误差进行理论分析和实验研究的基础上,利用有限元对37单元能动变形反射镜低频象差补偿能力进行了相关的分析和计算,结合相关实验确定了能动变形反射镜的主要参数,成功研制出了曲率半径1926 mm、口径300 mm的37单元球面能动变形反射镜。经实验测定校正误差前、后镜面面形的PV值(波前峰谷差值)和 RMS值分别为：0.545λ、0.081λ及0.239λ、0.031λ,从实测结果可以看到取得了明显的校正效果。并且在研制过程中对镜面加工、驱动器极头粘接等技术和工艺问题进行了有效地探索和研究,从而为能动变形反射镜进一步的研制工作奠定了良好的基础。

影响函数是分析双压电片变形反射镜像差校正能力的重要参量,通过建立有限元模型预测实际器件的影响函数,以有限元模型的不断优化替代实际器件的尝试性改进,可以减小构造的盲目性,从而节约研发成本,缩短双压电片变形镜的实用化进程。采用Veeco干涉仪测量了20单元双压电片变形反射镜的影响函数,同时建立有限元模型进行了相应计算,并将计算结果与实际器件的测量数据进行了对比分析。结果表明,相对于实测数据而言,有限元模型计算得出的影响函数在量值上略有偏小,但其形状和峰值位置与测量数据一致性好,两者对前35项泽尼克像差的拟合曲线也基本吻合,各项拟合误差系数之差皆小于0.1。这说明通过不断改进有限元模型实现对实际器件的优化设计是切实可行的。

在自适应光学系统仿真分析中,变形镜的面形影响函数通常采用高斯函数近似,由于实际变形镜受驱动器排布影响,其面形影响函数与高斯函数存在出入,以致用高斯函数拟合波面时带来高阶像差.文中利用有限元方法,仿真变形镜的面形影响函数,并与高斯函数进行了比较,证明所建立的变形镜有限元模型能更实际地反映变形镜的波面校正能力.

利用滤波器原理从空间频域分析了连续镜面分立驱动变形镜对波前的补偿能力.将变形镜等效为一高通滤波器,通过数值计算分析了滤波器函数与驱动器密度、高斯指数、交连值等变形镜主要参数的关系,解释了参数变化对波前拟合能力的影响.结果表明:驱动器密度是波前补偿能力的决定因素,增大高斯指数和交连值一定程度上有利于低空间频率波前的补偿.应用中应该根据待补偿波前的特征正确地选择和调整变形镜参数.