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 中国科学院大学，北京 100049
数字全息显微镜（DHM）可以对生物样本的复杂波前进行数值重建，但是物体波前存在二次相位畸变和高阶像差，使得成像物体存在一定的相位像差。基于此，提出一种基于径向基神经网络（RBF）的相位畸变补偿算法。使用RBF网络构建非线性函数，最小化损失函数来估算物体的实际相位，损失函数考虑了全息面和RBF网络的输出。在仿真中以原模型为基准计算全局的均方误差，所提算法的均方误差为0.0374，主成分分析法（PCA）的为0.0470，频谱质心法（SCM）的为0.3303。搭建DHM系统用于HL60细胞的成像幅度和相位对比度观察，结果显示，所提算法能够更好地消除载波频率和相位畸变。所提算法无需了解光学参数，且可以通过调整采样点数量控制计算时间和插值精度，在弱散射物体或微纳结构三维形态测量中具有潜在的应用前景。
数字全息 相位恢复 波前误差 径向基神经网络 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411002
1 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院, 广东 佛山 528000
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 季华实验室, 广东 佛山 528000
4 国科大杭州高等研究院 基础物理与数学科学学院, 浙江 杭州 310024
太极计划是中国探测空间引力波的一项重点任务。望远镜作为空间引力波探测中的重要组成部分，它的性能会直接影响引力波探测的精度。现有的典型空间引力波望远镜结构中次镜灵敏度高，难以满足更大口径的空间引力波望远镜对制造装调公差的要求，特别是在轨稳定性公差要求。为解决以上问题，首先，提出了一种中间像面设置于三四镜之间的新型空间引力波望远镜光学系统结构，以降低次镜灵敏度；结合高斯光学理论方法，从理论上分析并计算新型望远镜结构的初始参数。其次，通过优化设计，获得入瞳直径为400 mm，放大倍率为80倍，科学视场为±8 μrad，波前误差RMS值优于0.0063λ的望远镜光学系统。最后，建立了望远镜系统的灵敏度评价公差分配表，对比分析了现有望远镜结构与新型望远镜结构的公差情况。结果显示：相较于现有望远镜结构，新型望远镜结构的灵敏度降低了30.4%，具有低灵敏度优势，为空间引力波望远镜的设计提供了一种优选方案。
望远镜 空间引力波探测 波前误差 低灵敏度 光学设计 telescope space gravitational wave detection wavefront error low sensitivity optical design
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学北京 100049
4 中国人民解放军32035部队陕西 西安 710600
等晕误差中的piston项对成像质量没有影响，无需校正，有效非等晕误差应去除该项。为此提出利用夏克-哈特曼波前传感器测量双星波前误差的方法，计算得到去piston项误差后的等晕角。首先，根据Sasiela和Van Dam给出的角度非等晕误差解析表达式，计算不同条件下的非等晕误差理论值；其次，利用相位屏法，模拟不同大气环境下实际自适应光学系统波前误差测量过程，仿真得到非等晕误差值。数值仿真结果与理论计算有较好的吻合，并得到了波前误差与去piston项等晕角的对应关系。最后，基于丽江1.8 m望远镜系统，测量双星的非等晕误差，计算得到去piston项等晕角的大小。并使用差分像运动法和恒星闪烁法，对该方法进行了印证。去piston项等晕角测量实验的结果表明，去piston项等晕角在时间维度上变化缓慢，在空间维度上差别很大，当方位及仰角差距较远的情况下，去piston项等晕角的值没有相关性。根据该方法，也可计算出其他望远镜及大气模型下的波前误差值与去piston项等晕角的对应关系，为信标的位置选择提供了依据。
大气光学与海洋光学 自适应光学 非等晕误差 等晕角 波前误差探测 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2101001
1 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院, 广东 佛山 528000
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
3 季华实验室, 广东 佛山 528000
在空间引力波探测中，望远镜是空间激光干涉测量系统的重要组成部分，其出瞳处波前误差与抖动光程(Tilt-To-Length, TTL)噪声间的耦合，是影响空间引力波探测的主要噪声源。首先，基于平顶光束与高斯光束的干涉模型，采用Fringe Zernike多项式表征望远镜出瞳处的波前误差，运用LISA Pathfinder(LPF)信号分析出瞳处波前误差与TTL噪声的耦合机理。其次，采用蒙特卡洛分析方法，研究不同数值波前误差下低阶像差占比对TTL耦合噪声的影响，确定了不同数值波前误差下，望远镜光学系统出瞳处满足TTL耦合噪声控制要求的低阶像差设计比例。最后，基于上述理论分析结果与像差控制要求，完成了空间引力波探测望远镜光学系统设计，望远镜入瞳直径为200 mm，出瞳处波前误差RMS值为0.01908λ，低阶像差占比不高于50%。分析结果表明，当光束抖动在±300 μrad以内，TTL耦合噪声不超过8.25 pm/μrad；通过公差分析得知，TTL耦合噪声最大值为15.50 pm/μrad，满足空间引力波的探测要求。
望远镜 空间引力波探测 波前误差 抖动光程噪声 光学设计 telescope space gravitational wave detection wavefront error tilt-to-length noise optical design
设计了采用薄膜介质层分隔浮置电极与模式控制电极的液晶透镜，浮置电极与模式控制电极处于基板的同一侧，避免了浮置电极与模式控制电极处于基板两侧而需要采用薄型基板的限制。采用Comsol Multiphysics仿真软件仿真研究了浮置电极方块电阻和薄膜介质层厚度对液晶透镜波前误差的影响规律。对于直径2 mm的液晶透镜，当浮置电极方块电阻在150 Ω·□-1~300 MΩ·□-1间变化时，液晶透镜波前误差先减小后增大，在40 MΩ·□-1时波前误差达到极小值。当介质层厚度在50~5 000 nm间变化时，液晶透镜波前误差最小的浮置电极方块电阻由50 MΩ·□-1减小到2 MΩ·□-1，最佳方块电阻参数呈现单调减小规律。取浮置电极方块电阻40 MΩ·□-1和介质层厚度250 nm时，研究了液晶透镜的调焦特性和波前误差特性，当焦距在250 mm至无限远间变化时，589 nm光波长下的波前均方根误差最大值为0.041 2 μm，小于λ/14，满足Marechal判据的要求。
浮置电极 液晶透镜 仿真 方块电阻 波前误差 floating electrode liquid crystal lens simulation square resistance wavefront error
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
等离子体镜是一种有效提升高功率超短脉冲激光信噪比的方法,但在一部分实验中使用等离子体镜后焦斑出现了退化现象。为了定量研究等离子体镜的焦斑退化问题,提出基于等离子体膨胀和衍射传输的时空聚焦多步传输算法,通过光束质量评价函数定量分析等离子体膨胀时间、波前误差幅值和空间频率对焦斑退化的影响。仿真结果表明,等离子体镜引起的远场焦斑退化主要是由等离子体膨胀时间和波前误差引起的等离子体膨胀不均匀所致,其中,等离子体膨胀时间是主导因素。并且波前误差的幅度越大、空间频率越低,对聚焦能力的影响相对越大。从高信噪比、高功率激光系统输出能力的角度考虑,对于使用等离子体镜的高功率超短脉冲激光系统提出时空上的光束质量要求,以避免远场焦斑的退化问题。
超快光学 等离子体镜 等离子体膨胀 波前误差 傅里叶变换
1 中国科学院 光束控制重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
为减小大口径光学窗口对系统入射光线的影响, 提高光学窗口性能及光学系统成像质量, 提出了基于普通环带支撑的中间环带辅助支撑形式, 并在不同口径、径厚比及遮拦比状态下比较两种支撑方式对光学系统波前误差的影响。与普通环带支撑方式相比, 采用中间环带辅助支撑形式可以降低90%的由窗口引入的波前误差, 该方式对径厚比为100/1的窗口的支撑效果可以达到普通支撑方式下径厚比为100/3的窗口类似的支撑效果。因此, 中间环带辅助支撑形式可以有效提高窗口支撑效率、减小窗口厚度及质量、降低窗口对入射光线的体吸收率。
大口径光学窗口 普通环带支撑 中间环带辅助支撑 波前误差 径厚比 large aperture optic window normal zonal supporting form intermediate zonal auxiliary supporting form wavefront error diameter-thickness ratio 强激光与粒子束
2018, 30(12): 121003
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 三十米望远镜，加利福尼亚州帕萨迪纳 91107，美国
激光导引星系统(LGSF)是美国30 m望远镜(TMT)的组成部分之一，在满足TMT对科学目标高分辨力成像和光谱探测的性能需求方面，LGSF 具有重要的作用。LGSF 主要负责为窄视场红外自适应光学系统(NFIRAOS)和下一代TMT-AO 系统提供人造钠导星。本文主要讨论LGSF 以下几部分：设计概述，LGSF 星群模式，LGSF 波前误差分配，发射系统设计。
激光导引星系统 30 m望远镜 星群 波前误差分配 laser guide star facility TMT asterisms wavefront error budget
1 中国人民解放军陆军工程大学 电子与光学工程系, 石家庄 050000
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 集成光电研究中心, 重庆 400714
3 跨尺度制造技术重庆市重点实验室, 重庆 400714
以理想坐标面为参考面, 建立了大口径薄膜衍射主镜面形误差与波前误差的关系模型.首先建立了子镜面形误差模型; 其次根据导出的子镜波前误差与大口径薄膜衍射主镜波前误差关系式, 分别讨论了边缘褶皱面形和球面面形两种形变情况下不同区域子镜的形变允许范围; 最终通过全体子镜的波前误差反向拟合Zernike多项式, 得到了不同形变情况下主镜的低阶像差类型.研究结果可为成像系统的像差校正提供理论依据, 对大口径薄膜衍射主镜的夹持装配有参考意义.
衍射光学 薄膜 参考面 面形误差 波前误差 Diffractive optics Membrane Coordinate surface Deformation error Wavefront aberration
