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基于图像清晰度无波前传感器自适应光学系统的研究
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作者 韩立强 王祁 +1 位作者 信太克归 李志全 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第11期1568-1570,共3页
自适应光学技术能够校正大气湍流造成的光束畸变,但常规自适应光学系统需要波前传感器测量波前信息。在本文中系统不使用波前传感器,而是以图像清晰度作为优化指标,使用无模型的随机并行梯度优化算法,对大气湍流引起的波前误差进行时实... 自适应光学技术能够校正大气湍流造成的光束畸变,但常规自适应光学系统需要波前传感器测量波前信息。在本文中系统不使用波前传感器,而是以图像清晰度作为优化指标,使用无模型的随机并行梯度优化算法,对大气湍流引起的波前误差进行时实补偿,结果表明此系统算法经过多次迭代后达到很好的校正效果。 展开更多
关键词 无波前传感器自适应光学 图像清晰度 随机并行优化 湍流
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哈特曼传感器检测微透镜波前方法
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作者 杨伟斌 王春艳 +4 位作者 张为国 王金玉 夏良平 杜春雷 孙昊 《应用光学》 北大核心 2025年第2期380-387,共8页
随着微透镜的广泛应用,微透镜光学性能的快速检测是使用者和加工人员亟待解决的关键问题。提出利用哈特曼波前传感器来检测微透镜波前,从而快速表征其光学性能。为了验证该方法的可行性,设计了利用哈特曼传感器测量微透镜波前的总体方案... 随着微透镜的广泛应用,微透镜光学性能的快速检测是使用者和加工人员亟待解决的关键问题。提出利用哈特曼波前传感器来检测微透镜波前,从而快速表征其光学性能。为了验证该方法的可行性,设计了利用哈特曼传感器测量微透镜波前的总体方案,搭建了测量实验系统,并对测量的误差源进行了分析。结合实验方案,研究质心提取算法、Zernike多项式波前重构算法,保证光斑质心提取精度及波前重构精度,并分析了待测透镜孔径衍射对波前检测精度的影响。结合200μm的凸透镜进行波前检测实验,得到了其波前误差和初级像差信息,为微透镜光学性能的快速检测提供了一种全新的思路。 展开更多
关键词 微透镜 哈特曼传感器 质心提取 重构 光学性能
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改进的蜣螂优化算法及其在无波前自适应系统波前校正中的应用
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作者 高世杰 王振 +3 位作者 傅星鑫 刘维 毛勇名 曹景太 《光子学报》 北大核心 2025年第3期20-31,共12页
引入一种改进的蜣螂优化算法,通过替换原有蜣螂算法中的全局搜索策略,确保种群粒子间的有效信息交流,将其应用于无波前传感自适应光学系统,用于校正大气湍流引起的光信号波前畸变。仿真比较了该算法与传统蜣螂优化算法、随机并行梯度下... 引入一种改进的蜣螂优化算法,通过替换原有蜣螂算法中的全局搜索策略,确保种群粒子间的有效信息交流,将其应用于无波前传感自适应光学系统,用于校正大气湍流引起的光信号波前畸变。仿真比较了该算法与传统蜣螂优化算法、随机并行梯度下降算法以及模拟退火-随机并行梯度下降算法在无波前传感自适应光学系统中的性能。结果表明,在达到相同校正效果的前提下,基于改进蜣螂优化算法的波前校正系统在各种湍流条件下均表现出显著优势,校正速度最低提高了80%。此外,改进后的算法展现出更强的全局搜索能力,有效抑制了陷入局部最优解的问题,同时表现出更高的收敛稳定性和鲁棒性,进而显著提升了相干自由空间光通信系统的整体通信性能。 展开更多
关键词 自适应光学 自由空间光通信 控制算法 蜣螂优化算法 校正
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自适应光学系统中变形镜和波前传感器共轭位置要求的分析 被引量:6
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作者 杨华峰 饶长辉 +1 位作者 张雨东 姜文汉 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期27-34,共8页
通过对几何光学和物理光学模型的数值计算,分析了自适应光学系统中小像差畸变波前在空间自由传播时自身的变化情况,进而给出了系统中对变形镜和波前探测器与被校正瞳面之间共轭位置关系的要求和允许范围。结果表明,波前自由传播时的变... 通过对几何光学和物理光学模型的数值计算,分析了自适应光学系统中小像差畸变波前在空间自由传播时自身的变化情况,进而给出了系统中对变形镜和波前探测器与被校正瞳面之间共轭位置关系的要求和允许范围。结果表明,波前自由传播时的变化程度决定于像差自身的类型和大小、光束的口径以及传播的距离,大口径小像差波前近距离传播时波前变化误差很小。一般来说,变形镜和波前传感器偏离被校正瞳面共轭位置距离满足菲涅尔数大于1000时,对系统校正效果的影响可以忽略。实际应用中,应该根据校正对象的特征来具体计算波前误差随传播距离的变化,从而设计波前传感器和变形镜的位置,以及选择使用4F光学系统。本文的分析可以为自适应光学系统的整体光路设计提供一定理论参考。 展开更多
关键词 自适应光学 光学共轭 校正 变形镜 传感器
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全光路像差校正自适应光学系统中共模波前传感器标定方法研究 被引量:2
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作者 胡诗杰 杨平 +2 位作者 张学军 许冰 吴健 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期28-32,37,共6页
根据光波在介质中的传播规律,首先详细分析了全光路像差校正自适应光学系统的工作原理,然后对常规方法标定共模波前传感器后的系统校正残余误差作了分析,并从校正残余误差和操作的简易程度两个方面分析了常规方法标定共模波前传感器存... 根据光波在介质中的传播规律,首先详细分析了全光路像差校正自适应光学系统的工作原理,然后对常规方法标定共模波前传感器后的系统校正残余误差作了分析,并从校正残余误差和操作的简易程度两个方面分析了常规方法标定共模波前传感器存在的缺点,最后针对全光路像差校正自适应光学系统的特点,提出了两种新的共模波前传感器标定方法,详细推导了两种方法标定共模波前传感器后全系统的校正残余误差。结果显示,两种方法标定共模波前传感器后,其校正残余误差只与常规方法标定共模波前传感器后系统的校正残余误差中的一种误差有关。 展开更多
关键词 自适应光学 全光路像差校正 角椎棱镜阵列 共模传感器 标定方法
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自适应光学系统中波前传感器噪声的闭环传递特性
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作者 沈锋 姜文汉 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期657-660,共4页
分析了 Shack-Hartmann波前传感器 (S-H WFS)在实际大气条件下 ,大气湍流波前相位的探测误差在自适应光学系统 (AOS)中的传递过程以及最后的控制残余方差 ,导出了定量分析的数学模型 ,并给出了分析结果。结果表明 ,当 SH-WFS用于微弱信... 分析了 Shack-Hartmann波前传感器 (S-H WFS)在实际大气条件下 ,大气湍流波前相位的探测误差在自适应光学系统 (AOS)中的传递过程以及最后的控制残余方差 ,导出了定量分析的数学模型 ,并给出了分析结果。结果表明 ,当 SH-WFS用于微弱信标光大气湍流的探测时 ,自适应光学系统中的控制斜率残余误差中除了前人分析[1] 的误差外还包含一项由天空背景光斑质心位置引起的常数误差值 ,并且系统的有效控制带宽会因信标探测对比度的下降而减小 ,这将大大降低 AOS的校正能力。分析结果还表明信标光越弱 ,对 S-H 展开更多
关键词 自适应光学系统 传感器 残余方差 噪声 闭环传递特性 大气湍流
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用于21单元H-S波前传感器的自适应光学波前信号处理机
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作者 胡新奇 曹根瑞 俞信 《光电工程》 CAS CSCD 1996年第6期37-43,共7页
需要处理的数据量大,要求处理的速度快,是应用于H-S波前传感器的自适应光学波前信号处理机的主要特点。本文完成了利用TMS320C25作为处理器,应用于21单元H-S波前传感器的实时波前信号处理的研制。该系统完成对H-... 需要处理的数据量大,要求处理的速度快,是应用于H-S波前传感器的自适应光学波前信号处理机的主要特点。本文完成了利用TMS320C25作为处理器,应用于21单元H-S波前传感器的实时波前信号处理的研制。该系统完成对H-S波前传感器输出的高帧频图象信号的采集、处理,并计算出波前校正所需的控制信号,处理速度不低于250帧/秒。系统有以下特点:①系统有两块图象采集存贮区,一块进行采集时,另一块进行处理,这样可以提高速度;②为了实验中光路调试的方便,系统具有实时图象显示功能;③在C25所带存贮区较多的情况下,通过周密的逻辑设计,保证了系统在无等待状态下运行;④在软件设计上,充分考虑所处理数据的取值范围及计算结果的精度要求,并充分利用C25的特点,以尽可能提高速度;⑤系统紧凑。 展开更多
关键词 自适应光学 探测器 图象采集 数字信息处理
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一种Hartmann-Shack波前传感器图像的自适应阈值选取方法 被引量:21
8
作者 任剑峰 饶长辉 李明全 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2002年第1期1-5,共5页
在Hartmann-Shack波前传感器中,图像阈值的选取对质心探测精度有较大的影响。根据 模式识别理论,提出一种适用于Hartmann-Shack波前传感器图像阈值选取的新方法棗基于类别方差的自适应门限方法。实验结果表明,本方法在Hartmann-Shack波... 在Hartmann-Shack波前传感器中,图像阈值的选取对质心探测精度有较大的影响。根据 模式识别理论,提出一种适用于Hartmann-Shack波前传感器图像阈值选取的新方法棗基于类别方差的自适应门限方法。实验结果表明,本方法在Hartmann-Shack波前传感器图像信噪比大于3时,能够比较有效地自动选取每帧图像的阈值。 展开更多
关键词 传感器 阈值选取 自适应光学 图像 Hartmann-Shack
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Shack-Hartmann波前传感器在光学检验中的应用 被引量:5
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作者 李宏壮 王志臣 +3 位作者 刘欣悦 卫沛峰 明名 孟浩然 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期134-138,共5页
介绍用于光学检测的Shack-Hartmann(S-H)波前传感器,以及相应的检测实验结果。在实验室内,通过与Zygo干涉仪的测量结果对比,得出传感器的测量精度优于λ/50RMS(λ=632.8nm)。在外场利用星光作为光源,对口径1m、焦距11m的望远镜进行了系... 介绍用于光学检测的Shack-Hartmann(S-H)波前传感器,以及相应的检测实验结果。在实验室内,通过与Zygo干涉仪的测量结果对比,得出传感器的测量精度优于λ/50RMS(λ=632.8nm)。在外场利用星光作为光源,对口径1m、焦距11m的望远镜进行了系统波像差检验,测量结果为0.39λ~0.46λRMS之间,并随着俯仰角的增加而增大,主要像差形式为三阶像散。 展开更多
关键词 Shack-Hartmann传感器 面形检测 像差检测 光学检验
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自适应系统中哈特曼波前传感器光斑质心的最佳标定位置 被引量:8
10
作者 马晓燠 郑翰清 饶长辉 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期22-26,69,共6页
自适应光学系统中采用CCD作为哈特曼波前传感器的光斑质心位置探测器时,由于光斑的高斯宽度较小会带来大采样误差。针对该问题,本文详细分析了采样误差形成的原因,建立了采样误差、位移敏感度和开环动态范围与光斑高斯宽度、光斑位置以... 自适应光学系统中采用CCD作为哈特曼波前传感器的光斑质心位置探测器时,由于光斑的高斯宽度较小会带来大采样误差。针对该问题,本文详细分析了采样误差形成的原因,建立了采样误差、位移敏感度和开环动态范围与光斑高斯宽度、光斑位置以及子孔径大小的数学模型,提出标定时光斑质心的最佳位置是子孔径中心四像素的中心。因为在该位置处,CCD的质心探测具有闭环时采样误差为0,位移敏感度最大,且开环时动态范围最大的特点,为哈特曼波前传感器的标定方法的研究提供了理论依据。 展开更多
关键词 自适应光学 哈特曼传感器 采样误差 位移敏感度
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一种基于Shack-Hartmann传感器的自适应波前重建算法 被引量:2
11
作者 李战国 李邦明 +1 位作者 李常伟 张思炯 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期482-489,共8页
波前重建是自适应光学系统中的一个重要环节,对系统性能影响明显。研究了一种无参考输入光条件下,基于Shack-Hartmann波前传感器的自适应波前重建算法,能根据实际光斑图的特点,自动确定探测窗口,计算实际质心、参考质心,选择重建区域和... 波前重建是自适应光学系统中的一个重要环节,对系统性能影响明显。研究了一种无参考输入光条件下,基于Shack-Hartmann波前传感器的自适应波前重建算法,能根据实际光斑图的特点,自动确定探测窗口,计算实际质心、参考质心,选择重建区域和获取入射波前的Zerhike模式系数,讨论了参考质心选择对波前重建结果的影响。搭建自适应光学系统,通过测量和校正模拟大气像差对重建算法进行了验证。实验结果表明,基于该重建算法的自适应光学系统可以把大气扰动引起的波前像差校正到0.1λ以下,获得接近衍射极限的成像质量,说明该重建算法具有可靠性与实用性。 展开更多
关键词 自适应光学 重建 自适应算法 Shack—Hartmann传感器 质心探测
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哈特曼波前传感器的应用 被引量:48
12
作者 姜文汉 鲜浩 +3 位作者 杨泽平 姜凌涛 饶学军 许冰 《量子电子学报》 CAS CSCD 1998年第2期228-235,共8页
夏克—哈特曼(S-H)波前传感器可以用很高的采样频率同时测量出光场的相位分布和强度分布。它不仅作为波前传感器广泛地应用于自适应光学系统之中,而且还用于光学元件和光学系统的检测、激光光束质量诊断和大气扰动测量之中。我们研... 夏克—哈特曼(S-H)波前传感器可以用很高的采样频率同时测量出光场的相位分布和强度分布。它不仅作为波前传感器广泛地应用于自适应光学系统之中,而且还用于光学元件和光学系统的检测、激光光束质量诊断和大气扰动测量之中。我们研制了一系列S-H波前传感器。本文总结了这些传感器在不同领域的测量结果。 展开更多
关键词 S-H传感器 自适应光学 光学系统
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自适应光学波前校正器技术发展现状 被引量:46
13
作者 林旭东 薛陈 +2 位作者 刘欣悦 王建立 卫沛锋 《中国光学》 EI CAS 2012年第4期337-351,共15页
波前校正器是自适应光学系统中的关键部件,相关技术已得到了多年的积累与发展。本文介绍了多种目前常用的波前校正器件,包括分离促动器连续表面变形镜、拼接子镜变形镜、薄膜变形镜、双压电片变形镜、微电子机械系统变形镜以及基于液晶... 波前校正器是自适应光学系统中的关键部件,相关技术已得到了多年的积累与发展。本文介绍了多种目前常用的波前校正器件,包括分离促动器连续表面变形镜、拼接子镜变形镜、薄膜变形镜、双压电片变形镜、微电子机械系统变形镜以及基于液晶技术的空间光调制器和自适应次镜等,给出了它们的实现方式及其基本工作原理,并从空间校正频率和校正速度等方面对各校正器的性能进行了比较。最后,总结了在新应用的需求下,波前校正器件的技术创新及发展趋势。 展开更多
关键词 自适应光学 校正器 变形镜 工作原理 现状
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增大夏克-哈特曼波前传感器动态测量范围的方法 被引量:19
14
作者 李华强 宋贺伦 +1 位作者 饶长辉 饶学军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1203-1207,共5页
为了使夏克-哈特曼波前传感器(HS)在具有高灵敏的同时又能获得大的动态测量范围,介绍了一种能够增大HS动态测试范围的软件处理方法-外推法。在运用外推法时,首先需要找出任意子孔径(A)对应的焦斑位置作为起始点,然后利用外推法得到与A... 为了使夏克-哈特曼波前传感器(HS)在具有高灵敏的同时又能获得大的动态测量范围,介绍了一种能够增大HS动态测试范围的软件处理方法-外推法。在运用外推法时,首先需要找出任意子孔径(A)对应的焦斑位置作为起始点,然后利用外推法得到与A相邻的子孔径(B)内的焦斑位置,再以B内的焦斑位置作为起始点外推得到与B相邻的其它子孔径内的焦斑位置,依次类推,直至把所有子孔径内的焦斑全部找到。文中利用实验对外推法的可行性和实用性进行了验证,结果表明,在超出HS动态测量范围2倍的情况下,利用外推法可以完美地复原波面,基本解决了HS的动态测量范围和灵敏度相互矛盾的问题。 展开更多
关键词 自适应光学 夏克-哈特曼传感器 动态范围 外推法 焦斑
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人眼像差探测哈特曼波前传感器的质心优化 被引量:15
15
作者 钮赛赛 沈建新 +1 位作者 梁春 张运海 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期3016-3024,共9页
为提高自适应光学系统中Hartmann-Shack波前传感器的动态测量范围和测量精度,对由CCD采集的波前光斑图进行了质心探测研究。介绍了波前传感器的工作原理,根据127单元传感器的结构特征和实际人眼光斑图的畸变特点,提出了一种动态定位光... 为提高自适应光学系统中Hartmann-Shack波前传感器的动态测量范围和测量精度,对由CCD采集的波前光斑图进行了质心探测研究。介绍了波前传感器的工作原理,根据127单元传感器的结构特征和实际人眼光斑图的畸变特点,提出了一种动态定位光斑区域、动态分割区域内部阈值以及锁定最优探测窗口的自适应光斑质心探测方法。讨论了该方法中阈值等级选取对人眼光斑图质心探测的影响,并通过仿真和实验分析了算法的质心探测精度和算法对噪声影响的鲁棒性。实验结果表明,光斑区域内选取阈值等级为总等级数的(50±3)%时最合适;与其他方法相比,自适应质心探测方法的探测误差减小了60%以上;将该探测方法运用至自适应光学视网膜成像系统的波前传感器中,可将人眼像差RMS值从0.728λ闭环校正到0.081λ(λ=785nm),达到衍射极限,并获得视网膜图像。本方法针对光斑特征选择不同实验参数,弥补了传统算法的局限性,基本满足了人眼像差测量的可行性和实用性。 展开更多
关键词 自适应光学 Hartmann-Shack传感器 质心探测 人眼像差
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夏克-哈特曼波前传感器的探测误差 被引量:32
16
作者 姜文汉 鲜浩 沈锋 《量子电子学报》 CAS CSCD 1998年第2期218-227,共10页
夏克—哈特曼(S-H)传感器的探测误差是自适应光学系统的一个主要误差源。本文主要分析了S-H传感器的系统误差和随机误差,其误差源包括:CCD相机的读出噪声和背景电平,探测的像素数以及光子噪声。通过在计算哈特曼传感器子光斑质心... 夏克—哈特曼(S-H)传感器的探测误差是自适应光学系统的一个主要误差源。本文主要分析了S-H传感器的系统误差和随机误差,其误差源包括:CCD相机的读出噪声和背景电平,探测的像素数以及光子噪声。通过在计算哈特曼传感器子光斑质心时设定一个阈值可以大大提高传感器的探测精度。本文同时列举了实验数据和理论分析结果。 展开更多
关键词 自适应光学 传感器 误差分析
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高功率固体激光装置哈特曼传感器参考波前标定方法 被引量:7
17
作者 代万俊 胡东霞 +5 位作者 周维 刘红婕 赵军普 张崑 蒋学君 景峰 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期1413-1416,共4页
在高功率固体激光驱动器中,参考波前标定是自适应光学系统应用过程中的关键技术之一。基于国内某大型激光原型装置光路特点,对比研究了两种不同的参考波前标定方法,详细分析了两种方法的标定过程和影响标定结果准确性的主要因素,选取了... 在高功率固体激光驱动器中,参考波前标定是自适应光学系统应用过程中的关键技术之一。基于国内某大型激光原型装置光路特点,对比研究了两种不同的参考波前标定方法,详细分析了两种方法的标定过程和影响标定结果准确性的主要因素,选取了较为准确的参考波前标定结果。基于该参考波前,对AO系统闭环和开环条件下的远场进行了对比测试,实验证明了标定结果的有效性。该研究结果成功应用于该激光原型装置的AO系统波前补偿实验。 展开更多
关键词 自适应光学 固体激光器 哈特曼传感器 参考 标定
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适用于波前处理器的自适应光学系统非共光路像差补偿方法 被引量:7
18
作者 王亮 陈涛 +3 位作者 刘欣悦 贾建禄 林旭东 卫沛锋 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期116-120,共5页
提出了一种适合硬件形式波前处理器的非共光路像差校正方法.讨论了非共光路像差的产生原因和运用相位差异技术检测非共光路像差的方法.根据波前处理器的工作流程,推导了将非共光路像差折算到波前探测器参考点偏移量的算法,编写了实现算... 提出了一种适合硬件形式波前处理器的非共光路像差校正方法.讨论了非共光路像差的产生原因和运用相位差异技术检测非共光路像差的方法.根据波前处理器的工作流程,推导了将非共光路像差折算到波前探测器参考点偏移量的算法,编写了实现算法的主控计算机软件模块.在望远镜光路中以光源为目标开展实验,用本文算法校正后,目标能量集中度提高了17.6%,证明了该方法的可行性. 展开更多
关键词 自适应光学 像差校正 处理器 探测
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利用多通道相位差异波前探测法检测自适应光学系统非共光路像差 被引量:10
19
作者 王斌 汪宗洋 +4 位作者 吴元昊 马鑫雪 卫沛锋 王建立 吕杰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1683-1692,共10页
针对自适应光学系统非共光路像差检测中遇到的若干实际问题,设计了基于多通道相位差异法的波前探测器,用于在不对光路进行任何改变的前提下定量测量自适应光学系统的第一像面到成像相机之间的像差。与前人的双通道相位差异波前探测器相... 针对自适应光学系统非共光路像差检测中遇到的若干实际问题,设计了基于多通道相位差异法的波前探测器,用于在不对光路进行任何改变的前提下定量测量自适应光学系统的第一像面到成像相机之间的像差。与前人的双通道相位差异波前探测器相比,该方法对波前具有更强的约束力,从而能够对目标光源的形状容忍力更强,理论上对波前求解的精度更高。将该方法应用于1.23m口径自适应光学系统的非共光路的静态像差测量,取得了良好的效果,为光路装调带来了极大的方便。将测得的像差直接用于变形镜的初始偏置,大大提高了成像质量。 展开更多
关键词 相位差异 探测 自适应光学系统 非共光路检测
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模拟退火-爬山混合算法用于无波前传感器快速像差校正 被引量:9
20
作者 刘莹 马剑强 +2 位作者 何挺 李保庆 褚家如 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期213-219,共7页
为了校正激光光束波前像差,建立了一种基于压电微变形镜的自适应光学系统。提出了用模拟退火-爬山混合算法来控制系统中37单元单压电片变形镜,补偿激光光束波前像差,实现对光斑的快速校正。提出的混合算法先使用模拟退火算法为爬山法提... 为了校正激光光束波前像差,建立了一种基于压电微变形镜的自适应光学系统。提出了用模拟退火-爬山混合算法来控制系统中37单元单压电片变形镜,补偿激光光束波前像差,实现对光斑的快速校正。提出的混合算法先使用模拟退火算法为爬山法提供一个较好的校正起点,再用爬山法对像差进行精确校正,仅需要少量的模拟退火迭代过程即可提供一个好的校正起点。由于精确校正阶段的爬山法速度快,因此获得相同校正效果需要的迭代次数比普通模拟退火算法减少了50%以上;同时由于爬山法校正起点较好,大大降低了进入局部最优值的可能。最后,实验验证了模拟退火-爬山法对激光光束波前具有更佳的校正效率。 展开更多
关键词 自适应光学 模拟退火-爬山混合算法 压电变形镜 像差 校正
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