1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 光电信息技术教育部重点实验室-天津大学，天津 300072
3 天津津航技术物理研究所，天津 300308
4 天津索维电子技术有限公司，天津 300384
5 中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室，北京 100094
为实现面向自适应激光无线传能应用的大范围免调试激光器，对基于猫眼逆反射器的端面泵浦Nd: GdVO4激光器开展实验研究；在补偿接收端的球差和场曲、优化激光器工作距离和接收端视场的基础上，分析发现发射端各透镜的场曲所导致的猫眼逆反射器离焦是限制其视场角度（接收端离轴量容限）的主要因素。基于Zemax软件对发射端场曲进行分析计算，并设计加工了矫正场曲的非球面透镜以避免接收端离轴情况下的发射端离焦，实现优化发射端视场的目的。使用优化设计的非球面透镜后，在5 m的长工作距离下激光器4.6°发射端视场内的输出功率均在其最高输出功率的50%以上，相比使用普通球面透镜时的结果得到显著的提升。对比理论设计和实验结果仍有一定差距，认为补偿激光晶体热透镜的像差是进一步优化发射端视场的关键。
免调试激光器 猫眼逆反射器 视场 像差 场曲 alignment-free laser cat-eye retroreflector field of view optical aberration field curvature 红外与激光工程
2022, 51(3): 20211108
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Laser and Optoelectronics, School of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Key Laboratory of Optoelectronic Information Science and Technology (Ministry of Education), Tianjin University, Tianjin 300072, China
3 Tianjin Jinhang Institute of Technical Physics, Tianjin 300308, China
4 Tianjin Suowei Electronic Technology Co., Ltd., Tianjin 300384, China
5 Qian Xuesen Laboratory of Space Technology, China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China
A multi-lens retroreflector with field curvature compensation was designed and used in an alignment-free distributed-cavity laser with a long working distance for resonant beam charging applications. The multi-lens design, which makes use of off-the-shelf components, also allows a large field of view (FoV) without requirement of large element aperture. By implementing this design, an end-pumped 1063 nm laser could deliver over 5 W continuous-wave output power over a large range of working distances (1–5 m) and with receiver FoV under an incident diode pump power of 16.6 W. The output power fluctuation was less than 10% when moving and tilting the receiver over such a large range, without requiring any realignment of the cavity.
alignment-free laser retroreflector field of view field curvature laser charging Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 031407
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室,吉林 长春130033
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州215163
3 中国科学院大学, 北京100049
为了减小人眼离焦像差对液晶自适应光学视网膜成像系统的过大压力, 设计了一种基于液体变焦透镜的离焦补偿机构。该离焦补偿机构能连续调焦, 且无需任何组件平移运动, 有利于小型化。根据该液体透镜的曲率压变的变焦原理, 选择适当传动比的蜗杆传动作为旋转进动“放大”机构, 放大了外压环旋转角度与屈光度的对应关系, 设计出步长为0.2D的离焦补偿机构, 为液晶自适应光学视网膜成像系统的高对比度成像提供了保障。
离焦 液体变焦透镜 屈光度 液晶自适应系统 蜗杆传动 defocus liquid lens diopter liquid crystal adaptive optics system worm screw
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医学影像室, 江苏 苏州 215163
3 中国科学院研究生院, 北京 100049
利用液晶空间光调制器和夏克哈特曼波前探测器作为核心器件搭建了一套开环双光源液晶自适应光学视网膜成像系统。系统采用人眼屈光0D基准设计并使用动态视标定位人眼，提高了人眼在测试时的稳定性，有效降低了由不同人眼个体差异带来的影响。通过补偿镜预补偿，配合微调照明光焦面，使照明光聚焦在眼底视觉细胞层，保证了像差探测精度和成像质量。利用人眼的偏振特性，采用偏振光照明的方式，将系统的能量利用率提高了20%。优化了系统的工作流程，优化后系统连续工作频率可超过20 Hz。对4名志愿者进行了实验，均获得了清晰的眼底视网膜细胞图像。
成像系统 自适应光学 液晶空间光调制器 视网膜成像 开环 光学学报
2012, 32(10): 1011003
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
3 中国科学院研究生院, 北京 100049
为了获得高分辨率视网膜图像，利用液晶空间光调制器作为波前校正器建立了一套开环液晶自适应光学视网膜成像系统。与闭环模式相比，采用开环模式后，系统的能量利用率提高了1倍。系统采用双脉冲照明方式，以减少人眼曝光量，保护人眼安全。在照明光学系统中加入了大小视场切换装置使成像视场由之前的0.8°增至1.7°。同时优化了系统的时序控制流程，对人眼像差连续校正的同时快速调节成像相机的前后位置至最佳像面。对于开环模式对动态人眼像差的校正精度进行了测量，实验测得，经开环校正后，残差波面的均方根值约为0.09λ；相应的斯特雷尔(Strehl)比高于0.70，系统分辨率接近光学衍射极限的分辨率。对两名志愿者进行了实验，获得了清晰的眼底视网膜细胞图像。
成像系统 自适应光学 视网膜成像 液晶空间光调制器 开环
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 应用光学国家重点实验室， 吉林 长春 130033
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所， 江苏 苏州 215163
3 中国科学院研究生院， 北京 100049
采取平场校正的方法消除薄型背照式电荷耦合器件(CCD)相机在对视网膜细胞成像时由于多光束干涉效应在输出图像上产生了干涉条纹。在分析CCD芯片多光束干涉效应产生机理的基础上，根据视网膜细胞成像的特点，提出将未进行像差补偿的视网膜图像作为平场校正的参考图像对像差补偿之后的图像进行校正，解决了标准反射率白板图像作为平场校正参考图像时残留有干涉条纹的问题。通过计算平场校正前后视网膜细胞图像的平均功率谱验证消除干涉条纹的效果，在空间频率70~90 lp/(°)范围内，校正之后图像的功率谱的平均值比校正之前提高了132.1%。实验结果表明，利用未进行像差补偿的眼底图像作为平场校正参考图像可以有效地消除视网膜细胞图像上的干涉条纹，提高视觉细胞的对比度，所获得的图像质量有了明显的改善。
图像处理 自适应光学 平场校正 视网膜成像 薄型背照明 光学学报
2011, 31(12): 1211001
1 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所， 江苏 苏州 215163
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室， 吉林 长春 130033
3 中国科学院研究生院， 北京 100049
提出Mask相位法校准出厂标定波长在532 nm的液晶空间光调制器(LC-SLM)在561 nm处的相位调制特性曲线。首先基于傅里叶光学模拟计算得出棋盘型二维相位光栅相位对比度与零级衍射光斑光强之间的对应关系，然后搭建实验光路测量计算机所发灰度图所对应的零级衍射光斑光强值。根据前面两组结果最后得到相位延迟量与计算机灰度级之间的关系曲线，从而得到LC-SLM在561 nm处的相位调制特性曲线。用4λ的离焦对光斑进行调制，校准之后光斑光强分布与理论计算值之间的偏差为45.7，比校准之前的偏差110.4减少了64.7；用10λ的倾斜对光斑进行调制，校准之后零级衍射光斑和二级衍射光斑的强度分别是校准前的32.3%和64.1%。实验结果表明，使用Mask相位法对LC-SLM的相位调制特性曲线进行校准之后，LC-SLM的调制效果有了明显的改进。
衍射 液晶空间光调制器 傅里叶光学 相位调制 Mask相位法
