宁波大学 机械工程与力学学院, 浙江 宁波 315211
针对基于边缘驱动的可变形透镜无法进行球差像差的问题, 该文提出了一种边缘驱动双腔可变形透镜结构。上腔体压电圆环32个致动器, 校正除球差外的其余低阶像差, 主要包括离焦、像散及慧差的校正。下腔体压电圆环1个致动器, 通过与上腔致动器的相互作用, 实现球差的校正。搭建了可变形透镜性能测试平台并进行了实验。实验结果表明, 该可变形透镜能重构前4阶Zernike像差。
边缘驱动 可变形透镜 像差校正 edge drive deformable lens aberration correction
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为了校正柔性变焦透镜变焦过程中出现的光学像差,提出了一种带校正像差功能的柔性变焦透镜。所提透镜由变焦模块和基于压电致动器的像差校正模块组成。制备了变焦透镜的原理样机并搭建实验光学系统对其进行了测试。测试结果表明,所提透镜可实现-1~5 D的屈光力变化;像差校正模块可精确重构3~9项Zernike多项式像差,归一化残余误差小于4%;对不同屈光力下的系统像差进行校正,校正后系统的波前像差下降幅值均在76%以上,系统成像质量明显提升。
光学设计 自适应光学 变焦透镜 弹性薄膜 像差校正
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为了获得高质量无色差的多波长相干艾里光束,提出了一种基于变形镜的多波长艾里光束生成方法,并通过仿真与实验研究了多波长艾里光束的传播特性。实验结果表明,变形镜可以有效消除色差对光束的影响,生成高质量的多波长艾里光束;且传播中主瓣不会发生色差分离和衍射。此外,生成的多波长艾里光束主瓣被不透明障碍物遮挡后,经过一段距离传播后可自行恢复。本研究为多波长艾里光束在多光谱成像和光学微操作等领域中的应用提供了一定的基础。
自适应光学 艾里光束 变形镜 多波长 光束传播 光学学报
2021, 41(16): 1626001
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提出了一种可直接生成可调艾里光束的可变形透镜,相比于其他生成艾里光束的方法,该可变形透镜可嵌入光路中直接生成艾里光束。制备了可变形透镜的原理样机,并搭建了基于波前传感器的艾里光束生成系统。实验上基于制备的可变形透镜生成了高质量的立方相位可调的艾里光束,生成的立方相位的残余误差小于相应目标幅值的3.4%,生成的艾里光束的光强分布和传播特性与理论结果相吻合,故该可变形透镜在直接生成可调艾里光束方面有潜在的应用价值。
自适应光学 艾里光束 可变形透镜 相位调制
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采用光学空间滤波方法,对基于变形镜生成的贝塞尔光束的质量进行改善。设计了一种环形滤波器,在贝塞尔光束的空间谱平面上滤除由变形镜圆顶误差引起的频谱分量,使贝塞尔光束的轴向光强分布更加均匀;设计了扇形和环形组合的滤波器,将圆对称的贝塞尔光束整形成椭圆贝塞尔光束,其主瓣的长短轴之比约为1.72,轴向光强半峰全宽达到247 mm,具有良好的无衍射特性。提出的空间滤波方法可有效提高基于变形镜生成的贝塞尔光束的性能,有利于其应用。
激光光学 贝塞尔光束 变形镜 光学空间滤波 圆顶误差 中国激光
2019, 46(12): 1205001
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为提高变形镜的热稳定性, 提出一种用正电压边缘驱动的双压电片变形镜, 通过环形电极产生整体离焦偏置, 分立电极校正波前像差, 只用正向电压即可实现镜面双向变形, 且此变形镜结构对称受热应力影响小.制备变形镜样机并进行测试, 测试结果表明: 初始镜面展平后残余误差小于λ/30(λ=1 064 nm); 精确重构了典型低阶Zernike多项式像差, 像散、离焦、三叶草和彗差像差的重构幅值分别达到11.1 μm、9.7 μm、5.7 μm和4.2 μm, 归一化残余误差分别为1.0%、1.0%、3.3%、6.0%; 此外, 实验生成了新型无衍射艾里光束, 并显示出优异的重构性能.
自适应光学 双压电片变形镜 正电压 热变形 艾里光束 Adaptive optics Bimorph piezoelectric deformable mirror Positive voltage Thermal deformation Airy beam
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为了提高变形镜生成的贝塞尔光束的质量,探究其影响因素,研究了变形镜致动器环数以及光束入射角对贝塞尔光束质量的影响。当致动器环数从3环增大到5环时,变形镜重构的10 μm幅值锥形相位的残差方均根从70 nm降低到26 nm,降低了变形镜圆顶角对光束质量的影响,所生成的贝塞尔光束轴向光强分布更接近理想分布,证明提高变形镜致动器环数可有效提高贝塞尔光束的质量。另外,采用入射角分别为15°、30°、45°的光束生成贝塞尔光束,实验结果表明,所生成的贝塞尔光束质量均较高,且不受光束入射角影响。本研究可为变形镜生成高质量贝塞尔光束提供参考,有利于其应用。
物理光学 贝塞尔光束 变形镜 光束质量 自适应光学
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对具有迟滞补偿的单压电变形镜的闭环校正性能进行了研究。提出了基于Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型的变形镜闭环控制算法,搭建了基于哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台,分别进行了静态像差和动态像差的闭环校正实验。实验结果表明:在静态像差的闭环校正中,迟滞消除算法比未消除算法具有更快的校正速度;对于波前像差均方根的平均值为168 nm的动态像差,校正后的残差从消除前的33 nm降低到校正后的25 nm,证明了所提算法可有效应用于压电变形镜自适应光学系统。
自适应光学 迟滞非线性 Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型 单压电变形镜 闭环校正
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为了实现可控环形焦斑的整形, 提出了一套基于单压电变形镜的整形方法。首先结合波前衍射理论和随机并行梯度下降算法模拟迭代出环形焦斑整形所需的调制相位, 进而利用波前传感器探测光束的波前信息, 控制变形镜重构目标光斑对应的调制相位, 实现聚焦光斑的整形。搭建了一套基于62单元单压电变形镜的光斑整形实验平台, 采用焦平面上的CCD记录远场聚焦光斑。实验结果表明, 该方法实现了对不同直径(0.32, 0.4, 0.6 mm)和宽度(0.05, 0.08, 0.1 mm)环形焦斑的整形, 可有效应用于激光束整形。
自适应光学 光束整形 单压电变形镜 泽尼克多项式 随机并行梯度下降算法 adaptive optics beam shaping unimorph deformable mirror Zernike polynomial stochastic parallel gradient descent algorithm
