利用数值仿真的方法详细的分析了近场强度分布对线性相位反演算法复原效果的影响。对近场强度分布分别为倾斜、环形和高斯随机型的情况下的复原结果与光强均匀时的复原结果进行对比，结果表明像倾斜型这种大部分为奇函数的近场强度分布对复原效果的影响比较恶劣；而像环形、随机型这样的偶函数或大部分为偶函数的近场强度分布对复原效果的影响则不是很大，特别是当空间频率越高时，对复原效果的影响越小。另外，对于大气湍流畸变得到的近场强度和相位，用线性相位反演算法复原进行了数值仿真，此情况下近场强度分布对复原结果有所影响，但影响并不大。

为了研究线性相位反演(LPR)技术在自适应光学系统中的应用,在实验室搭建了一套基于该技术的自适应光学闭环实验系统,利用19单元变形镜对动态像差进行了实时闭环实验。实验对由变形镜产生的系统像差定标,得到远场定标图像,利用远场实测图像和定标图像之间的光强分布变化量直接复原出变形镜驱动器电压,控制变形镜校正像差。实验数据表明,基于线性相位反演技术的自适应光学系统可以对一定大小的动态像差进行实时闭环校正,并有较好的校正效果,论证了这种系统的可行性。这种系统硬件结构简单,算法运算量很少,速度很快。

利用成像光学系统、变形镜、装有图像采集卡和D/A卡的PC机等建立了一套基于线性相位反演技术的自适应光学闭环实验系统。在Windows操作系统下用VC完成图像处理和控制算法。利用一台高测量精度的哈特曼传感器测量波前信息并评价自适应光学系统的校正效果。在不同像差大小状态下研究了这种基于线性相位反演技术的自适应光学系统的像差校正能力,收敛速度,稳定性等。实验结果表明,基于线性相位反演技术的自适应光学系统对静态小像差有较好的校正效果。

为了进一步分析线性相位反演波前传感器的性能,搭建了基于线性相位反演测量方法的波前传感器的实验装置。针对各种波前随机像差,同时用线性相位波前传感器和哈特曼波前传感器进行测量和复原,将复原结果进行对比。分析了不同的探测分辨力和不同泽尼克复原阶数对线性相位反演传感器复原结果的影响。分析了靶面分辨力,合理的靶面大小对复原精度是有利的,肯定了线性相位反演波前传感器可以用较少的探测单元实现相似精度的测量,采样靶面像素为8 pixel×8 pixel时,误差系数仍很小。利用对随机像差片进行不同阶数的复原,线性相位反演波前传感器的复原残差的误差率基本都在0.25以下,能对前35阶像差进行比较精确的复原。

利用数值仿真方法对一种基于线性相位反演波前测量方法的性能进行了详细分析.讨论了这种线性相位反演波前测量方法的定标过程,描述了基于线性相位反演算法的波前传感器的基本组成结构.利用数值仿真计算,分析了系统自身像差和模式标定系数对这种波前传感器性能的影响,通过复原矩阵条件数,分析了靶面像素和这种波前测量方法的空间分辨力的关系.仿真结果验证了该种新型线性相位反演波前测量方法的可行性.

描述了基于线性相位反演算法的波前传感器的基本组成结构.在实验室内搭建了相应的演示验证实验装置,对该种新型波前测量方法的特性进行了实验研究.实验计算结果表明:这种根据入射全孔径远场光斑强度分布直接反演出入射波前相位的线性相位反演新方法原理是可行的.只需实时测量一幅焦平面图像,根据焦平面上光强分布的微小变化量与入射孔径面上的相位分布的微小变化量之间存在的近似线性关系,就可以用模式复原的原理复原出入射波前相位.传感器对于离焦,像散等像差模式都可以进行较为准确的测量,误差率都小于1.对称系统像差中存在少量的非对称像差对复原结果的准确性影响不大.

对一种基于线性相位反演的新型波前测量方法的基本原理和性能进行了研究。事先对成像光学系统的自身像差进行定标并记录下定标图像。传感器工作时只需测量出有像差时的一幅远场图像与定标图像的差,就可以用线性矩阵相乘方法得到待测像差对应的泽尼克多项式系数。讨论了这种线性相位反演波前测量方法中确定泽尼克模式复原矩阵的方法。以大气湍流畸变波前像差的测量为例,对这种线性相位反演波前测量方法进行了数值仿真研究。结果表明,这种线性相位反演算法具有空间分辨力高、对小像差测量精度高的特点,但测量动态范围有限。这种线性相位反演波前传感器将适用于自适应光学闭环系统。