大连理工大学光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
超分辨荧光显微镜突破了传统荧光显微镜的分辨率限制，使得人们能够在纳米量级分辨率下观察细胞和组织样品，极大地推动了生命科学的发展。在这一技术中，仪器和样品引入的像差均会导致空间分辨率降低，进而导致成像质量恶化。为此，人们引入了自适应光学技术，通过直接或间接的手段探测像差，再通过波前校正元件来校正像差，从而获得高质量的超分辨图像。本文介绍了自适应光学的起源与工作原理，总结了其在超分辨荧光显微镜中的应用，并展望了其未来的发展前景。
显微 荧光显微镜 超分辨 自动与自适应光学 像差补偿 波前传感
1 中国科学技术大学生物医学工程学院（苏州）生命科学与医学部，安徽 合肥 230000
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
为了解决现有电脑验光仪和视力筛查仪体积庞大、价格昂贵的问题，设计并搭建了一套基于哈特曼波前检测原理的小型无透镜屈光测量系统。首先，对测量原理进行了详细介绍；接着，利用Zemax软件对图像采集光路进行模拟，并分析了实际测量屈光度与仪器-人眼距离的函数关系；最后，成功搭建了试验样机，并通过对中国计量科学研究院模拟眼进行屈光测量来验证函数关系的正确性及测量结果的准确性。实验结果表明该系统能有效地对-10~+10 D范围内的模拟眼进行屈光测量，测量结果显示：球镜度重复测量误差最高不超过0.20 D，变异系数不超过3%；柱镜度重复测量误差最高不超过0.25 D，变异系数不超过9%。此外，该系统结构简单且成本低廉。在满足测量结果准确性、稳定性要求的前提下，该系统更适用于需要仪器小型化的场合，具有广阔的应用前景。
测量 屈光测量 夏克-哈特曼波前传感器 波前重构 近视 小型化
1 伊犁师范大学新疆凝聚态相变与微结构实验室, 新疆 伊宁 835000
2 伊犁师范大学振动信号俘获与智能处理重点实验室, 新疆 伊宁 835000
激光遥感探测技术具有信息传输速度快、操作方便、高精度和远距离探测等优点, 可以很好地弥补地震勘探在地形复杂区域中存在的施工难度大、地震数据采集慢等缺点。利用波前传感器具有的高灵敏度、高探测效率和离轴探测等特点, 将其用于地震波激光遥感探测之中, 改进前期研究中由于迈克尔逊干涉法存在慢变化导致的信号处理复杂等问题。通过搭建激光遥感探测系统, 对地震波中的纵波进行观测和分析, 探讨了地面振幅与波前传感器测量光斑的关系。试验表明, 该系统对低频地震波响应更加良好, 解决了仪器本身自然频率的干扰, 离轴探测的特性使得反射信号的采集更加便利, 为地震波激光遥感探测提供了试验参考。
波前传感器 激光遥感 波前 地震波 wavefront sensor laser remote sensing wavefront seismic wave
1 中国科学技术大学 生物医学工程学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
进行波前探测时，标准动物模型小鼠的眼底视网膜双层反射光会导致像差探测失效。为解决这一问题，本文提出了一种结合光学掩模调制的鼠眼像差测量方法，以期提高鼠眼波前像差测量精度。首先，根据鼠眼视网膜的关键参数，建立鼠眼波前像差探测的光学系统模型并进行光学仿真。然后，分析比较不同孔径的光学掩模对视网膜非目标层反射光束的遮拦效果，确定光学掩模参数与实验方案。最后，搭建鼠眼波前像差探测系统并开展在体鼠眼波前像差的测量实验。实验结果表明：0.5 mm孔径的光学掩模可以将鼠眼波前像差的测量均方根误差降低74.9%，与理论仿真的80%区域实现非目标层反射光遮拦效果近似。本文研究实现了对鼠眼视网膜非目标层反射光的有效遮拦，提升了鼠眼波前像差探测精度，为进一步实现鼠眼高分辨率成像奠定了基础。
波前探测 鼠眼像差 掩模 夏克—哈特曼波前传感器 wavefront detection mouse eye aberration mask Shack-Hartmann wavefront sensor
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300072
为了克服近地面湍流对几十到几百米中长成像距离下光学系统成像质量的不利影响，设计了基于长焦距望远物镜和一体化自适应模块的光学成像系统。在系统中心高度1.9 m及50~200 m的成像距离下，开展了分辨率板的室外成像实验。实验结果表明，在近地面的50~200 m中长距离下湍流对成像质量的影响明显，所搭建的实验系统能够在不同距离下有效克服湍流影响，提高图像的分辨率和清晰度的一致性，但随着成像距离的增加，湍流影响的增大，系统的校正能力降低，成像质量下降。系统在100 m成像距离下的成像分辨率能够达到0.5 mm。在200 m的距离对混凝土模型表面裂缝进行了观测及校正实验，实验结果表明，系统能够抑制湍流影响，提高裂缝图像的清晰度，验证了系统的实际应用能力。
自适应光学 近地面湍流 波前传感 波前校正 adaptive optics near-ground turbulence wavefront sensing wavefront correction
1 清华大学精密仪器系，北京 100084
2 清华大学精密测试技术及仪器全国重点实验室，北京 100084
3 陆军装备项目管理中心，北京 100072
在空天探索领域，空间引力波探测是当前国际研究热点，核心技术是测量相距数百万千米的两测试质量间的平动转动等多个自由度，探测灵敏度需要在1 mHz~1 Hz频段达到~1 pm/Hz1/2以及~1 nrad/Hz1/2水平。目前，激光干涉是实现如此远距离的两个物体之间多自由度测量的最精密的手段，本文介绍了面向空间引力波探测的激光外差多自由度超精密测量技术，概述了其光路结构、测量原理、相位信号处理方法，回顾了近三十年国内外相关研究进展，并分析了空间引力波探测中外差干涉测量的噪声源作用机制以及相关研究进展。最后，对激光外差干涉多自由度超精密测量技术的发展趋势和前景作了展望。
测量 空间引力波探测 激光外差干涉 多自由度测量 差分波前传感 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312006
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室（南京天文光学技术研究所），江苏 南京 210042
3 中国科学院大学，北京 100049
四棱锥波前传感器具有能量利用率高和空间采样率高的优点，已成功应用于天文自适应光学、镜面检测及显微成像等领域。提出一种新的无调制四棱锥波前传感器，根据四棱锥波前传感器的光场传播模型，利用相位恢复算法迭代优化出待测波前。入射光经四棱锥锥尖分光后会聚所得的子光瞳像为相位恢复算法提供了丰富的信息，使其收敛速度加快。数值模拟结果表明，基于相位恢复的四棱锥波前传感器具有精度高、收敛速度快、抗噪性好等特点，并且无需调制便能获得较大的动态范围。
传感器 波前传感 四棱锥波前传感器 相位恢复 自适应光学
