杨旭 1,2,3,4耿超 1,3李小阳 1,2,3,4李枫 1,3[ ... ]李新阳 1,3,*
1 中国科学院 自适应光学重点实验室，成都 610209
2 电子科技大学 光电科学与工程学院，成都 610054
3 中国科学院 光电技术研究所，成都 610209
4 中国科学院大学，北京 100049
光学相控阵光束扫描技术在激光雷达、空间光通信和光开关等领域拥有巨大的应用潜力。微透镜阵列光学相控阵可以通过微透镜阵列间μm量级的相对位移同时对多个出射光束的二维倾斜相位进行调制，从而实现大角度二维光束扫描，具有出射口径大、结构简单、体积小、微惯性、多功能等优点。首先介绍了微透镜阵列光学相控阵的扫描原理，之后对微透镜阵列光学相控阵国内外的发展现状、应用和现阶段存在的问题进行了阐述，最后对微透镜阵列光学相控阵的发展趋势进行了展望。
光束扫描 光学相控阵 微透镜阵列 离散寻址 连续寻址 beam scanning optical phased array microlens array discrete addressing continue addressing 强激光与粒子束
2021, 33(8): 081005
1 华北理工大学 电气工程学院, 河北 唐山 063009
2 华北理工大学 图书馆, 河北 唐山 063009
3 中国科学院光电技术研究所 自适应光学实验室, 四川 成都 610209
针对相干光照明空间外差式探测主动成像中的波前畸变, 提出一种基于图像指标优化的数字式快速校正方法。建立了实验装置, 通过数值分割将整个孔径上的目标光复振幅分割为4个子区域, 在此基础上首先利用随机并行梯度下降算法并行校正子区域内的高阶像差, 然后以其中一个子区域为参考, 并行校正子区域间的波前平移和倾斜。实验结果表明, 直接利用随机并行梯度下降算法校正需要至少600次迭代, 而文中所提出的方法校正需要大约100次迭代, 而且运算量更小, 因此大幅提高了波前畸变的校正效率。
自适应光学 主动成像 波前校正 指标优化 adaptive optics active imaging wavefront correction metric optimization 红外与激光工程
2016, 45(7): 0732001
华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山, 063009
针对光栅型波前曲率传感自适应光学中的拉普拉斯算子本征函数实时波前复原方法，分析了光电探测器上的光斑大小和位置偏差，以及本征模式数量对波前复原精度的影响。结果表明：截取的光斑区域大小对波前复原精度有较大的影响，可采用环围能量比进行确定；由于存在其他级次的衍射光，光斑区域位置偏差不仅会引起波前倾斜误差，还会引起其他波前误差；当采用的模式过多时，由有限的分辨率引起的模式耦合会显著影响波前复原精度，可利用模式间的相关系数来估计最佳模式数。
自适应光学 波前曲率传感器 波前复原 拉普拉斯算子本征函数 激光与光电子学进展
2016, 53(8): 080103
1 华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山 063009
2 华北理工大学图书馆, 河北 唐山 063009
3 中国科学院光电技术研究所自适应光学实验室, 四川 成都 610209
针对波前曲率传感自适应光学，对比分析了直接拟合法和拉普拉斯算子本征模式法两种闭环控制方法。简要分析了两种方法的基本原理，并建立了36 单元曲率型自适应光学仿真模型，进行了大气湍流波前畸变闭环校正数值仿真。结果表明，与直接拟合法相比，存在最佳模式数量使得拉普拉斯算子本征模式法具有更高的稳定性和精度；尤其是当波前畸变较大时，直接拟合法的稳定性和校正精度明显变差。
自适应光学 曲率传感 波前控制 拉普拉斯算子本征模式
1 华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山 063009
2 华北理工大学图书馆, 河北 唐山 063009
3 中国科学院光电技术研究所自适应光学实验室, 四川 成都 610209
针对波前曲率传感自适应光学，介绍了基于拉普拉斯算子本征模式的波前闭环校正原理，理论分析了波前校正误差。建立了61单元自适应光学数值仿真模型，进行了大气湍流波前畸变闭环校正数值仿真。仿真结果与误差理论分析一致，当模式数量较少时闭环校正精度较低，而数量过多时产生的模式耦合误差也会导致校正误差增大。通过分析模式数量与复原矩阵的条件数之间的关系，给出了一种简便的最佳模式数量选择方法。
自适应光学 波前曲率传感 波前控制 拉普拉斯算子本征模式
1 华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山 063009
2 华北理工大学图书馆, 河北 唐山 063009
3 中国科学院光电技术研究所自适应光学实验室, 四川 成都 610209
针对远距离数字全息成像中波前畸变和散斑噪声对成像质量的影响，实验研究了基于图像指标优化的波前校正技术，以及基于孔径分割的多帧图像平均散斑噪声抑制方法。建立了数字离轴全息实验装置，针对系统自身像差，采用梯度下降算法，以图像清晰度为优化指标进行了波前校正实验；在此基础上通过孔径分割，重构出多帧散斑噪声分布各异的目标图像，进行平均运算。结果表明，基于图像清晰度优化的波前校正技术能够有效消除波前畸变，提高成像分辨率；采用基于孔径分割的多帧图像平均方法能够在一定程度上消除目标图像的散斑噪声，获得更高的成像质量。
全息 畸变校正 指标优化 散斑噪声 激光与光电子学进展
2016, 53(2): 020902
1 华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山 063009
2 华北理工大学图书馆, 河北 唐山 063009
针对激光主动成像中的波前畸变和散斑噪声，分析了散斑噪声对基于图像指标优化的波前校正性能影响。通过仿真不同散斑噪声水平下图像清晰度指标值随波前均方根值的变化趋势，研究了散斑噪声对波前校正性能的影响。在此基础上，通过开展大气湍流波前畸变闭环校正数值仿真，对分析结果进行了验证。研究结果表明：随着散斑噪声的增大，图像清晰度指标随波前均方根(RMS)值的单调性和线性度明显变差，尤其是在RMS小于1 rad范围内，导致收敛速度和最终的校正精度变差；当散斑噪声较大时，随着波前畸变的增大，散斑噪声对校正性能的影响也越大。
自适应光学 主动成像 波前校正 散斑噪声 指标优化 中国激光
2015, 42(10): 1012002
1 河北联合大学电气工程学院, 河北 唐山063009
2 河北联合大学图书馆, 河北 唐山 063009
3 中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室, 四川 成都 610209
针对无波前探测自适应光学提出一种基于正交模式扰动梯度下降(OP_GD)算法的控制技术.通过与串行扰动梯度下降算法和随机并行梯度下降(SPGD)算法对比,分析了该算法的可行性和收敛速度.在此基础上,采用液晶空间光调制器(LC_SLM)作为波前校正器,建立了基于该控制技术的自适应光学实验装置,实验研究了算法的收敛特性.实验结果表明,正交模式扰动梯度下降算法具有很好的全局收敛性,其收敛速度和SPGD 算法相当.但是与SPGD 算法相比,正交模式扰动梯度下降算法无需设计伪随机序列发生器,因此硬件实现更加容易.
自适应光学 无波前探测 正交模式 梯度下降
1 河北联合大学电气工程学院, 河北 唐山 063009
2 河北联合大学图书馆, 河北 唐山 063009
3 中国科学院光电技术研究所自适应光学实验室, 四川 成都 610209
结合液晶空间光调制器(LC-SLM)的可编程相位调制能力，分析了基于LC-SLM 的相位型光栅波前曲率传感器的实现方法。在此基础上，研究了基于拉普拉斯算子本征函数的闭环波前复原方法，通过数值仿真分析了该方法的精度和稳定性。结果表明，与开环复原方法相比，闭环复原方法具有更高的精度和更大的测量范围，而且模式耦合对其稳定性影响很小。
大气光学 曲率传感器 液晶空间光调制器 相位复原 闭环 激光与光电子学进展
2015, 52(8): 082301
