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
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
为了实现对Woofer-Tweeter双变形镜自适应光学系统的解耦控制, 提出了一种基于拉普拉斯本征函数的解耦控制算法。通过求解不同齐次Neumann边界条件下的拉普拉斯本征方程, 获得不同光瞳区域下自身和一阶偏导数均正交的拉普拉斯本征函数。利用不同光瞳区域下的拉普拉斯本征函数, 实现了对不同光瞳区域下Woofer-Tweeter双变形镜自适应光学系统的解耦控制。此外, 拉普拉斯本征函数的一阶偏导数具备正交性, 这使得在构建Tweeter耦合抑制矩阵时无需对Tweeter驱动器响应函数面形进行逐个测量, 极大简化了Tweeter耦合抑制矩阵的构造过程。采用Woofer-Tweeter双变形镜自适应光学系统对该算法的有效性进行了实验验证, 结果表明：基于拉普拉斯本征函数的解耦控制算法能够实现对Woofer和Tweeter同步控制, 并能有效地抑制Woofer和Tweeter之间的耦合误差。
自适应光学 双变形镜 解耦控制 拉普拉斯本征函数
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
高功率固体板条激光器的光束质量严重受限于增益介质热效应等多种因素。如何同时获得高平均功率和高光束质量是激光发展过程中面临的一个基本物理问题。自适应光学技术能够有效补偿固体板条激光系统输出光束的静态和动态像差，是改善光束质量的有效手段。近年来中国科学院光电技术研究所掌握了低阶像差补偿器、加权优化波前复原方法、通用波前处理机等关键技术，为国内多个固体板条激光系统研制了二十余套自适应光学光束净化系统，显著改善了光束质量，保障了上述激光系统的有效运用。
自适应光学 固体板条激光器 光束质量 adaptive optics solid-state slab laser beam quality
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 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
4 宜宾学院 物理与电子工程学院, 四川 宜宾 644000
为提高薄膜菲涅耳透镜成像性能, 采用无波前传感的自适应光学系统对菲涅耳透镜点目标成像的波前像差进行实验校正.像差校正控制采用随机并行梯度下降算法, 以远场光斑像清晰度函数为优化指标, 算法迭代数十次后收敛.系统闭环校正后, 焦平面光斑等效半径缩小了43%, 二阶矩为0.997 5, 接近理想极限1, 像清晰函数值和峰值光强提高了一倍, 光强的半高全宽达到1.2倍衍射极限, 调制传递函数的中频分量显著提高.实验结果表明该方法结实现构简单, 能快速、有效地校正菲涅耳透镜波前像差, 改善系统的成像性能, 可应用于大口径、轻量化的空间望远镜.
菲涅耳透镜 波前畸变 无波前传感自适应光学 像差校正 成像系统 空间望远镜 Fresnel lens Wavefront aberrations Wavefront sensorless adaptive optics Aberration corrections Imaging system Space telescope 光子学报
2017, 46(10): 1011001
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 宜宾学院物理与电子工程学院， 四川 宜宾 644007
追踪了由远场光电探测器采样宽度限制引入的量化噪声在算法实现过程中的传递，分析了其对算法在波前像差校正中的效果和收敛速度产生影响的原因。根据斯特列尔比值(SR)的变化，提出了一种基于动态区域提取的模式复原算法，并利用18阶和33阶Zernike多项式模拟得到的符合Kolmogrove大气湍流功率谱的波前对该算法进行数值计算。计算结果表明：采用动态区域提取的复原算法校正波前像差，在12位相机采样宽度和33阶初始像差情况下，算法经31次迭代后收敛，波前复原残差均方根为0.058λ(λ为波长)，SR达0.9以上。该算法减小了量化噪声的影响，无波前传感自适应光学系统的收敛速度和校正效果得到显著提高。
大气光学 自适应光学 量化噪声 动态区域提取 模式复原 激光与光电子学进展
2017, 54(11): 110101
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
A zonal decoupling algorithm used to control a dual deformable mirror (DM) is proposed. One of the two DMs is characterized with a large stroke (woofer), while the other one is characterized by a high spatial frequency (tweeter). A numerical model is used to compare the zonal decoupling algorithm with some traditional zonal decoupling algorithms. The simulation results indicate that the algorithm presented in this Letter improves the performance in suppressing the coupling error. An experimental system is built to prove the effectiveness of this algorithm. The experiments demonstrate that the phase aberrations could be effectively compensated and that the coupling error could also be suppressed.
010.1080 Active or adoptive optics 220.1080 Active or adoptive optics 000.3860 Mathematical methods in physics Chinese Optics Letters
2016, 14(2): 020101
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 Institute of North Optics and Electronic, Beijing 100015, China
We present a hybrid adaptive optics system for a kW-class solid-state slab master oscillator power amplifier laser that consists of both a low-order aberration corrector and a 59-actuator deformable mirror. In this system large defocus and astigmatism of the beam are first corrected by the low-order aberration corrector and then the remaining components are compensated by the deformable mirror. With this sequential procedure it is practical to correct the phase distortions of the beam (peak to valley up to 100 μm) and the beam quality β is successfully improved to 1.9 at full power.
010.1080 Active or adoptive optics 140.5680 Rare earth and transition metal solid-state lasers 090.1000 Aberration compensation Chinese Optics Letters
2016, 14(9): 091402
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 电子科技大学光电信息学院, 四川 成都 611731
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了实现闭环控制自适应光学(AO)系统中的变形镜对倾斜及平移像差的约束,分析了基于限定向量算法对系统动态特性及校正残差的影响，数值仿真结果表明，限定向量算法无法实现约束量的完全抑制，并且严重影响系统的校正效果。提出了基于投影抑制的算法，通过分离像差及在控制电压上实现对变形镜的抑制，采用2种算法利用单变形镜对含有倾斜的像差进行校正的仿真结果表明，采用限定向量算法，变形镜产生了使远场偏移9.3 pixel的整体倾斜时，基于向量投影抑制算法只产生小于0.02 pixel的偏移，并且对前36阶各单阶泽尼克模式的像差校正后具有更高的斯特列尔比。结果表明，基于投影抑制的算法具有更好的约束能力、更低的条件数及具有更优的校正效果。
自适应光学 变形镜解耦 投影抑制 光学学报
2015, 35(12): 1201002
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
像差校正能力是衡量变形镜性能的重要指标，对自适应光学系统波前校正器件的选择有重要的参考价值。结合虚拟像差与直接斜率法控制技术，对最大通光孔径为45 mm的37单元双压电片变形镜的像差校正能力进行了实验研究，并分析了通光孔径与光束入射角度对变形镜像差校正能力的影响。研究结果表明，实验所用双压电片变形镜在通光孔径为28 mm时能够取得最好的像差校正效果，随着光束入射角度增加，变形镜对像差的校正精度逐渐下降。
自适应光学 双压电片变形镜 像差校正能力 通光孔径 光束入射角度 光学学报
2013, 33(s1): s101003
1 中国科学院 光电技术研究所， 自适应光学研究室， 成都 610209
2 中国科学院 自适应光学重点实验室, 成都 610209
3 中国科学院 研究生院， 北京 100084
报道了把20单元双压电变形镜作为闪光氪灯泵浦的Nd: YAG激光器的腔镜，优化激光器输出光束远场强度分布的实验结果。变形镜由随机并行梯度下降算法控制，以相机采集到的激光束远场环围能量作为算法的评价指标，控制双压电变形镜的面形向远场能量分布更加集中的方向变化。结果表明：系统在20 s内将远场光斑中的多个亮斑校正为单个亮斑，峰值光强与优化前相比提高了5倍；在腔镜倾斜较大时，实验系统将激光器的输出功率由0.006~0.051 W提升至0.330 W，验证了实验系统的有效性。
双压电变形镜 固体激光器 自适应光学 随机并行梯度下降算法 bimorph deformable mirror solid-state laser adaptive optics stochastic parallel gradient decent algorithm
