液晶空间光调制器(LCSLM)在非显示领域有着广泛的应用。利用夏克哈特曼波前探测器对LCSLM的相位调制特性进行测量,结果表明,低阶Zernike模式的线性相位调制范围相对较大,随着调制范围的增加,衍射效率下降明显。对LCSLM用于非球面面形测量的可能性进行初步探讨,为扩展非球面面形检测方法提供一种全新的思路。

对于暗弱目标探测,现有的方法仍然存在探测误差较大的问题,为了提高夏克-哈特曼波前探测器的质心探测精度,提出了一种改进的距离-幂指数质心探测算法。在不同情况下将所提算法与现有的几种质心算法进行对比,仿真结果表明,在不同信噪比、不同光斑直径、子区域不同像素等因素影响下,所提算法的质心探测误差低于其他算法的误差,且更为稳定。

本文提出自适应光学成像系统中哈特曼波前探测器电子倍增增益的自适应控制方法，以使哈特曼波前探测器保持较高的信噪比同时避免亮度过饱和。利用亮度接近哈特曼饱和值的光源作为被观测目标，探测到的光斑阵列中有一个最高亮度值Im，统计200帧～500帧中的Im，计算其相对统计帧数的均值I-m、Im相对I-m的均方差值σm; 设定理想最高亮度值I-ms比饱和亮度低3.0σm～3.2σm; 再将光斑的亮度最大值相对一帧阵列中的光斑数计算平均值记为Ia，实时监测Ia; 依据信号强度I与增益G的线性关系，事先测得哈特曼波前探测器的技术特征参数ka、km和理想最高亮度值I-ms，即可以由当前帧探测数据Ia和增益Ga计算得到所需调整的增益值Gms。

为获得高分辨率视网膜血管图像，在自适应成像系统中，采用双光源照明模式。由于人眼存在色差，采用双光源照明模式会导致探测到的波前与实际需校正波前不一致。采用36 项Zernike 多项式拟合人眼波前，利用Liou &Brenann、Navarro 模型眼和真实人眼分析了人眼色差对夏克-哈特曼波前探测器的影响：对于Liou & Brenann 和Navarro 模型眼，561 nm 和785 nm 光的波前色差均方根值(RMS)分别为0.09λ 和1.44λ ，去除离焦项后的波前色差RMS 值分别为0.0025λ 和0.01λ ；对于真实人眼，两光源的波前色差RMS 值为1.92λ ，去除离焦项后的波前色差RMS值为0.04λ 。根据Maréchal 判据，除离焦项外，色差对其他波前像差的影响均方根值小于衍射极限(1/14λ) ，故波前像差的影响可忽略。由色差造成的离焦量可通过移动成像相机进行补偿。从结果可以看出采用双光源照明的视网膜血管自适应光学成像方案是可行的。

为实现快速高分辨的哈特曼波前测量, 研究了基于Fourier变换的波前重构方法。在软件设计和代码实施基础上进行了时间性能统计分析, 采用模拟数据和实际斜率数据进行波前重构, 并将重构结果与VMM方法获得的结果进行了比较, 分析其误差产生的原因及噪声的统计特性与误差空间分布的关系。仿真和实验结果表明, FTR方法具有从斜率数据准确重构出波前的能力; 相对VMM方法FTR拥有更优的时间性能; 基于相同的斜率FTR方法重构出波前与VMM方法的差别主要分布在孔径的边缘, 在附加在斜率测量上的噪声具有零平均的性质时, 最有可能获得一致的波前。

针对传统的地基大口径望远镜自准直干涉检测受器材限制和环境影响而检测困难的问题，提出了基于Shack-Hartmann 波前探测器的子孔径拼接波前检测方法。介绍了子孔径拼接检测理论和拼接算法，研究了Shack-Hartmann 下实现子孔径上波前精确测量的方法，设计了具有透射孔的光阑实现自准直光路中子孔径毫米级的定位。实验使用32 单元的Shack-Hartmann 波前探测器和40 mm 的平面反射镜，实现了口径扩展比1.8 的子孔径拼接检测；对比表明均化误差的处理方法优于两两拼接方法，其拼接检测结果与全口径检测结果之差的PV 值为0.5 波长。实验结果表明，这种技术在大口径望远镜波前自准直检测中有很好的应用前景。

A 37-element solar adaptive optics (AO) system was built and installed at the 26-cm solar fine structure telescope of Yunnan Astronomical Observatory. The AO system is composed of a fine tracking loop with a tip/tilt mirror and a correlation tracker, a high-order correction loop with a 37-element deformable mirror, a correlating Shack-Hartmann wavefront sensor based on the absolute difference algorithm, and a real time controller. The system was completed on Sep. 28, 2009 and was used to obtain AO-corrected highresolution solar images. The contrast and resolution of the images are clearly improved after wavefront correction by AO. To the best of out knowledge, this system is the first solar AO system in China.

基于液晶空间光调制器波前调制量大，像素密度高，驱动电压低等优点，用液晶空间光调制器作为校正眼像差的关键元件，研制了用于人眼畸变波前探测和校正的自适应光学系统。介绍了液晶空间光调制器的波前调制原理，利用ZYGO干涉仪测定了位相调制和灰度级的关系曲线。分别用Hartman-Shack波前探测器和高分辨率液晶空间光调制器探测和校正人眼的波前畸变，对近视5 m-1 (500度)的人眼进行了自适应校正实验。校正后，系统的波前误差为0.086λ PV和0.013λ RMS, 达到了系统的衍射极限，并可清晰地分辨眼底原来模糊的细胞。实验结果表明，液晶空间光调制器可以有效校正畸变波前，达到提高成像质量的目的。

为获得高功率高光束质量的激光器,对激光器中的热致球差进行了研究。介绍了高功率二极管泵浦Nd:YAG棒激光模块热致球差的测量和补偿方法。使用S-H波前探测器测量了激光模块的三阶球差,设计了补偿系统对激光模块的球差进行了补偿,并对补偿前后的各阶像差进行了分析。在主振功放(MOPA)系统中使用球差补偿系统,工作电流110 A时,光束质量平方因子从9.2提高到6.4。实验结果表明球差补偿系统能消除激光模块的的三阶球差,而且不会引起其它像差的增大,提高了激光器光束质量。