华东交通大学机智能机电装备创新研究院，江西 南昌 330013
基于互相关算法的双波长共相检测方法在大量程共相误差检测中，存在检测速度慢、精度低的问题。针对该问题，利用卷积神经网络的方法建立拼接镜的平移（piston）误差预测模型，以实现双波长共相检测方法在大量程共相误差下的快速、准确检测。首先，将两波长下的圆孔衍射图像拼接作为卷积神经网络的训练数据。训练结束后，将包含piston误差信息的圆孔衍射拼接图像输入到训练好的模型中，可直接检测出piston误差值。仿真结果表明：基于卷积神经网络的共相方法具有高的检测精度、快的检测速度及较好的抗噪性和泛化能力。该方法为平移误差的测量提供了一种可行且易于实现的方案。
测量 卷积神经网络 piston误差 拼接镜 圆孔衍射 中国激光
2023, 50(22): 2204001
华东交通大学 智能机电装备创新研究院, 江西 南昌330013
鉴于单块口径的光学望远镜不能无限增大，采用拼接镜技术才能造出10 m以上口径的光学望远镜，因此，拼接镜的共相检测技术成为了拼接过程和维持镜面质量的关键技术。针对目前最被接受的宽窄带夏克哈特曼法，本文提出使用宽波段（400~700 nm）光源的非相干性和相干性相结合方式实现250 nm粗共相，以及10 nm精共相，以此解决由于目标流量过低而引起测量时间过长的问题。即在粗共相时，以两个半圆孔的非相干衍射图样为模板，白光为光源，采用互相关算法计算互相关系数的值，通过设置合理的互相关系数阈值，以实现无限制的检测范围和0.25 μm 的检测精度；精共相时，以白光为光源、采用以一幅相干衍射图案（理想白光艾里斑）为模板的方式替代多幅不同平移误差下的相干衍射图案为模板方式，实现0.27 μm量程、0.01 μm以上精度的共相检测。对该共相方法进行了理论和仿真分析，结果表明：该新型共相检测方法的检测量程为无限量程，检测精度能达到 10 nm以上，该方法适用于拼接镜粗精共相的检测。
天文光学 望远镜 子孔衍射 共相检测 astronomical optics telescopes sub-aperture phase measurement
华东交通大学 机电与车辆工程学院, 江西 南昌 330013
拼接镜共相检测技术是拼接过程和维持镜面质量关键技术之一, 定量测量平移误差(piston)是指导拼接确定性调整的依据, 也是拼接镜面成像质量、望远镜角分辨率的根本保证。为了实现拼接镜平移误差的大量程、高精度检测, 提出了新型双波长共相检测算法, 并基于圆孔衍射与双波长检测理论, 推导得到了双波检测理论量程与波长之间的关系式以及选取模板间隔的最大值与波长之间关系式。在双波长检测中, 针对两半圆间远场图案存在偏心、间隙误差和相机噪声等拼接误差, 理论和仿真分析了间隙误差、偏心误差和相机噪声对双波长检测精度的影响。得到了间隙误差需小于0.2r, 偏心误差需小于0.2r, 信噪比需大于30时, 双波长检测才不会出现误检测。该分析为以后双波长检测实验中误差的选取提供了借鉴。
天文光学 望远镜 圆孔衍射 相位测量 astronomical optics telescope circular diffraction phase measurement 红外与激光工程
2019, 48(8): 0813004
1 华东交通大学 机电学院, 南昌, 330013
2 中国科学院自适应光学重点实验室, 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
4 中国科学院大学, 北京 100049
针对拼接型天文望远镜主镜的共相检测问题, 对宽窄带夏克哈特曼检测法在拼接主镜各子镜间平移误差的测量进行了理论与仿真分析, 并搭建了一套室内拼接镜的主动共相检测实验光路系统, 其中拼接镜是由4块对边长为100 mm、曲率半径为2 000 mm的正六边形球面反射镜组成.首先, 利用夏克波前探测器进行了拼接镜的精共焦误差的检测, 通过主动光学技术控制压电陶瓷促动器, 实现了拼接镜的精共焦的调节; 然后通过宽带共相检测实现了粗共相的检测; 最后, 通过窄带共相检测实现了精共相的检测, 并通过主动光学技术控制压电陶瓷促动器, 实现了共相的调节.实验表明：宽窄带夏克哈特曼检测法对拼接子镜平移误差测量量程达到几十微米, 共相检测精度达到15 nm, 满足拼接镜对平移误差的测量要求.
天文光学 望远镜 子孔衍射 拼接镜 共相 主动光学 Astronomical optics Telescope Subaperture diffraction Segmented mirror Cophasing Active or adaptive optics
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
3 中国科学院红外成像与探测技术重点实验室, 上海 200083
4 中国科学院大学, 北京 100049
基于圆孔衍射理论,设计了一套拼接式反射镜的共相误差光学检测系统,并采用双波长窄带共相算法实现对合成孔径拼接镜的共相检测。方案中设计了圆孔掩模板、相位板和微棱镜阵列,通过数值仿真得到子镜间存在一系列台阶差时的圆孔衍射模板图样,再将待测图样与模板图样进行相关匹配,获得当前子镜间存在的台阶差。在将检测方案应用于拼接镜检测之前,通过相位板在光路中引入已知量相位差进行模拟实验,对衍射图样进行采样和匹配;实验结果验证了方案的可行性,可实现对合成孔径拼接面进行较高精度的共相检测。
测量 圆孔衍射 共相检测 拼接镜面 合成孔径系统 光学学报
2017, 37(11): 1112002
通过微孔衍射产生高质量的球面波是进行夏克-哈特曼波前传感器(SHWS)高精度标定的关键。采用时域有限差分(FDTD)法，进行了193 nm 准分子激光照明下有限厚度有限电导率微孔的衍射仿真计算，分析了照明物镜数值孔径(NA)对微孔衍射波前质量的影响，确定了满足SHWS高精度标定所需微孔直径和照明物镜NA 的大小。分析计算得出，采用直径为200 nm 的微孔及NA 为0.6~0.75的照明物镜时，衍射波前均方根(RMS)偏差为3.50×10-3 λ ，强度均匀性为0.10，微孔透射率约为0.15，满足SHWS进行纳米精度波像差检测对参考球面波质量的要求。
测量 时域有限差分法 数值孔径 微孔衍射 波前质量
山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
对边缘随机调制方孔的菲涅耳衍射进行了理论分析，得到了菲涅耳衍射区内的衍射光强公式。通过对高斯随机调制边缘方孔的菲涅耳衍射的数值模拟，研究了随机边界的横向相关长度和粗糙度两个参量分别对方孔纵向和横向衍射光强的影响。结果表明，在同一衍射距离处，随机边界的横向相关长度和粗糙度越大，对调制方孔菲涅耳衍射的散射调制越大。相同的横向相关长度和粗糙度对在不同传输距离处方孔的菲涅耳衍射的影响也不同。这些结果对于实际孔径的菲涅耳衍射的应用具有一定的指导意义。
衍射 随机界面散射 方孔衍射 菲涅耳衍射 光学学报
2013, 33(s2): s205001
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
2 西南民族大学电气信息工程学院, 四川 成都 610041
3 西南科技大学极端条件物质特性实验室, 四川 绵阳 621010
4 西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
高能重复激光脉冲对光学元件损伤点的产生和扩展与损伤点对后续激光脉冲光强的调制作用密切相关。 观察激光诱导K9玻璃的损伤点, 发现损伤点是从里到外呈现辐射状分布, 内部损伤程度最大, 可致充分断裂; 向外损伤程度减小, 呈现辐射的应力相变, 引起折射率变化; 对损伤点的透射光谱检测发现其透过率下降大于20%, 但是下降的幅度与波长无关, 说明充分断裂的材料会对激光进行充分吸收, 类似黑体吸收, 其对入射光的吸收只与损伤点的面积有关。 CCD对激光通过损伤点后的光强分布探测发现: 在激光能量传输过程中, 损伤点会导致光强分布的不均匀, 存在明显的散射效应, 这会引起激光光强分布的不均匀性, 导致损伤区域的进一步扩散。
激光诱导损伤 透过光谱 黑体效应 小孔衍射 散射 Laser induced damage Transmittance spectrum Black body effects Small-hole diffraction Scattering 光谱学与光谱分析
2012, 32(8): 2017
上饶师范学院物理与电子信息学院，江西 上饶334001
由基尔霍夫衍射公式得到高斯光束微圆孔衍射的积分式，导出一种解析算式，分析并模拟了高斯光束微圆孔衍射的“再现”与“自再现”，有利于在激光工程、微光学以及微光机电中对激光束的传输变换和调控。
高斯光束 微圆孔衍射 再现 自再现 计算模拟 Gaussian beam micro-circular aperture diffraction reproduction self-reproduction simulation
