作者单位
摘要
中国船舶集团有限公司第七一八研究所, 河北 邯郸 056027
针对高能激光器出光过程中出现的大量离焦和0°像散低阶像差现象,提出了基于哈特曼波前传感器和二维整形光路的XY离焦像差校正方法。首先,通过对Zernike多项式的离焦项和0°像散项进行线性组合得到XY离焦像差的表达式,该XY离焦像差系数的大小可直接表征X离焦和Y离焦的波前PV值。同时,通过微调高能激光器中二维整形光路中的镜子间距,可实现激光器输出光束XY离焦波面的补偿。因此,首先利用哈特曼波前传感器提取出光束的XY离焦像差系数大小,而后再根据XY离焦像差系数的大小实时闭环微调二维整形光路中的镜子间距,从而实现XY离焦像差的校正,改善输出光束的光束质量。实验结果表明,该方法可有效地将高能激光器输出光束XY离焦量的PV值由5.2 μm和1.1 μm校正到0.5 μm以下,相应的光束质量β因子由3.1降到1.8,光束质量得到明显改善。
高能激光 光束质量 像差校正 光束整形 矩阵光学 high energy laser beam quality aberration correction beam shaping matrix optics 
中国光学
2024, 17(2): 366
作者单位
摘要
1 苏州科技大学 物理科学与技术学院 江苏微纳热流技术与能源应用重点实验室, 江苏 苏州 215009
2 济源职业技术学院 基础部, 河南 济源 454682
3 北京联合大学数理部, 北京 100101
液晶波前校正器通常基于液晶显示器的工艺制备而成,因此其研制成本高、定制难度大。本文基于掩模光刻法制备液晶波前校正器,以实现液晶波前校正器的专用化、低成本研制。基于掩模光刻技术设计并制备了91像素的无源液晶驱动电极,并封装成液晶光学校正单元。设计并制备了驱动连接电路板,实现了液晶光学驱动单元和驱动电路板的匹配对接。对液晶波前校正器响应特性进行检测。结果显示,其相位调制量为5.5个波长,响应时间为224 ms。利用Zygo干涉仪进行球面波的产生和静态倾斜像差的校正。结果显示,其可以产生正负离焦波前,且对水平倾斜像差校正后,Zernike多项式中第一项的值从1.18降至0.16,校正幅度达86%,实现了像差的有效校正。本文的研究工作可为液晶波前校正器的研制提供新思路,进而拓宽其应用领域和场景。
液晶波前校正器 掩模光刻 波前 响应特性 像差校正 liquid crystal wavefront corrector mask lithography wavefront response characteristic aberration correction 
中国光学
2024, 17(2): 324
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 北京卫星环境工程研究所,北京 100094
3 北京空间飞行器总体设计部,北京 100094
4 北京宇航系统工程研究所,北京 100076
太阳上层大气,即日冕、过渡区和色球,是由炽热的高度动态的磁化等离子体构成,其中高度电离的离子发射出丰富的极紫外谱线。空间太阳极紫外光谱成像观测对于捕获太阳上层大气中爆发活动的动态物理演化过程,以及实现对大气等离子体特征参数的精确测量具有重要的意义。然而现有的极紫外光谱成像仪器只能针对太阳上层大气的一个或两个目标区域进行成像观测,缺乏采用单一仪器对整个太阳上层大气区域在大空间和宽波段尺度范围内的光谱进行诊断的能力,严重制约了人们对太阳爆发活动中的能量及物质输运过程的理解。为了利用单个仪器实现对日冕、过渡区和色球的高分辨率同时诊断观测,本文提出并设计了一款同时工作在17∼21 nm、70∼80 nm和95∼105 nm三个波段的太阳极紫外成像光谱仪,该仪器基于非罗兰圆结构下的椭球面变线距(EVLS)光栅像差校正理论,采用狭缝扫描式成像光谱结构,实现了具有大离轴狭缝视场的高空间、高光谱分辨的消像散光谱成像。基于蒙特卡罗统计模拟方法对太阳极紫外三波段成像光谱仪的最优模型开展光线追迹仿真实验,仿真结果表明,所设计的成像光谱仪取得了良好的光栅像差校正效果,系统空间分辨率优于0.6″,光谱分辨率在17∼21 nm波段优于0.006 nm,在70∼80 nm和95∼105 nm波段优于0.008 nm。本文研究对我国未来的太阳极紫外光谱成像仪器的发展和研制具有重要的理论意义,对我国未来的太阳空间探测任务的型号遴选具有重要的参考价值。
太阳空间探测 太阳极紫外 成像光谱仪 光栅像差校正 光线追迹 
光学学报
2024, 44(6): 0622001
Author Affiliations
Abstract
1 University of the Witwatersrand, School of Physics, Johannesburg, South Africa
2 Università degli studi di Napoli “Federico II”, Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Napoli, Italy
3 University of KwaZulu-Natal, School of Chemistry and Physics, Durban, South Africa
Structured light, where complex optical fields are tailored in all their degrees of freedom, has become highly topical of late, advanced by a sophisticated toolkit comprising both linear and nonlinear optics. Removing undesired structure from light is far less developed, leveraging mostly on inverting the distortion, e.g., with adaptive optics or the inverse transmission matrix of a complex channel, both requiring that the distortion be fully characterized through appropriate measurement. We show that distortions in spatially structured light can be corrected through difference-frequency generation in a nonlinear crystal without any need for the distortion to be known. We demonstrate the versatility of our approach using a wide range of aberrations and structured light modes, including higher-order orbital angular momentum (OAM) beams, showing excellent recovery of the original undistorted field. To highlight the efficacy of this process, we deploy the system in a prepare-and-measure communications link with OAM, showing minimal cross talk even when the transmission channel is highly aberrated, and outline how the approach could be extended to alternative experimental modalities and nonlinear processes. Our demonstration of light-correcting light without the need for measurement opens an approach to measurement-free error correction for classical and quantum structured light, with direct applications in imaging, sensing, and communication.
phase conjugation aberration correction orbital angular momentum nonlinear optics 
Advanced Photonics
2024, 6(2): 026003
作者单位
摘要
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 
压电与声光
2023, 45(2): 190
作者单位
摘要
河北工业大学 机械工程学院,天津 300130
光学三维测量中的三通道相位测量轮廓术具有高精度、易识别、自动化程度高等优点,在科学研究和工程应用中获得了广泛的关注。在三通道相位测量轮廓术中,投影仪不同通道间的色差成为影响测量精度的关键因素。针对该问题,文中开展了基于相位标靶的相位测量轮廓术投影色差建模与校正研究。提出了将带有全息投影膜的液晶显示屏(Liquid Crystal Display, LCD)当作相位标靶对投影色差建模与校正的方法。通过LCD显示条纹与投影仪投射条纹的相位,计算投影仪色差并建立其数学模型。然后通过预补偿的方法实现投影仪三通道投射色差的校正,进行实验验证校正前后对相位测量轮廓术精度的影响。实验结果表明,文中所提方法的校正效果为蓝绿通道的平均色差由0.3255 pixel校正为0.1063 pixel,红绿通道的平均色差由0.3651 pixel校正为0.1114 pixel。该方法可为三通道相位测量轮廓术提升投影质量。实测台阶的平均误差从0.489 mm减少到0.038 mm。实验结果验证了投影仪色差建模与校正方法的有效性,提升了三通道相位测量轮廓术的整体测量精度。与已有方法相比,可以有效避免相机误差带来的影响,大大缩短计算时间,能够适用于不同型号的投影仪色差测量与校正。
相位轮廓测量术 相位标靶 投影仪色差建模 色差校正 phase profilometry phase target projector chromatic aberration modeling chromatic aberration correction 
红外与激光工程
2023, 52(8): 20230385
作者单位
摘要
1 兰州理工大学 能源与动力工程学院, 甘肃兰州730050
2 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京100191
3 北京控制工程研究所, 北京100190
4 中国科学院物理研究所, 北京100190
5 北京理工大学 自动化学院,北 京100081
光谱成像系统受色差影响会导致图谱混叠,本文将单像素成像以及计算关联成像分别与光谱成像系统相结合,并在系统中引入900~1 700 nm适用的消色差透镜来校正色差。首先计算出不同胶合消色差透镜的色差大小并以此选取透镜,所选消色差透镜相较其它透镜对色差校正可以提高一个量级。其次分析了色差对光谱成像系统的影响以及单像素成像和计算关联成像的差异。最后仿真和试验分析单像素光谱成像和计算关联光谱成像特点。试验结果表明对于900~1 700 nm的近红外光谱成像,基于消色差透镜的单像素光谱成像系统取得了更好的图像重构结果,其峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)提高了3.93 dB,结构相似度(Structural Similarity, SSIM)提高了0.96%。消色差透镜的单像素光谱成像系统在近红外光谱成像中重构图像效果优于无消色差透镜的计算关联光谱成像。
光谱成像 单像素成像 计算关联成像 色差校正 近红外光 spectral imaging single-pixel imaging computational ghost imaging chromatic aberration correction near-infrared light 
光学 精密工程
2023, 31(16): 2333
赵思旻 1,2顾乃庭 1,2黄林海 1,2肖亚维 1,2[ ... ]杜宗政 2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所 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 光学轻量化与新材料技术中心,四川 成都 610209
针对大口径太阳望远镜系统运行过程中由于静态位置失配误差、风载弯沉等准静态位置失配误差以及热变形等非失配误差引起的波前像差导致成像质量下降的问题,在对太阳望远镜系统波前像差时空分频的基础上,提出采用次镜刚体位移对太阳望远镜低时空频率波前像差校正的方法,建立起次镜刚体位移与像差校正量的关系,并通过数值仿真及实验验证了采用次镜刚体位移对上述来源像差的校正能力。数值仿真和实验结果表明:次镜刚体位移能够对望远镜系统运行过程中的低时空频率波前像差进行有效校正,其中,对位置失配误差校正后像差RMS值低于原值的9%,对非失配误差校正后像差RMS值低于原值的40%,对多源混合误差校正后像差RMS值低于原值的15%。
成像系统 像差校正 灵敏度矩阵法 次镜 太阳望远镜 imaging system aberration correction sensitivity matrix method secondary mirror solar telescope 
红外与激光工程
2023, 52(7): 20220887
Author Affiliations
Abstract
1 Ultrafast Laser Laboratory, Key Laboratory of Opto-electronic Information Technical Science of Ministry of Education, School of Precision Instruments and Opto-electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 FEMTO-ST Institute, Université de Bourgogne-Franche-Comté UMR-6174, 25030 Besançon, France
In the femtosecond two-photon polymerization (2PP) experimental system, optical aberrations degrade the fabrication quality. To solve this issue, a multichannel interferometric wavefront sensing technique is adopted in the adaptive laser processing system with a single phase-only spatial light modulator. 2PP fabrications using corrected high-order Bessel beams with the above solution have been conducted, and high-quality microstructure arrays of microtubes with 20 µm diameter have been rapidly manufactured. The effectiveness of the proposed scheme is demonstrated by comparing the beam intensity distributions and 2PP results before and after aberration corrections.
femtosecond laser two-photon polymerization aberration correction Bessel beams 
Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 071203
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
In the integral imaging light field display, the introduction of a diffractive optical element (DOE) can solve the problem of limited depth of field of the traditional lens. However, the strong aberration of the DOE significantly reduces the final display quality. Thus, herein, an end-to-end joint optimization method for optimizing DOE and aberration correction is proposed. The DOE model is established using thickness as the variable, and a deep learning network is built to preprocess the composite image loaded on the display panel. The simulation results show that the peak signal to noise ratio value of the optimized image increases by 8 dB, which confirms that the end-to-end joint optimization method can effectively reduce the aberration problem.
integral imaging diffractive optical element end-to-end optimization deep learning network aberration correction 
Chinese Optics Letters
2022, 20(12): 121101

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