作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
数字全息显微镜(DHM)可以对生物样本的复杂波前进行数值重建,但是物体波前存在二次相位畸变和高阶像差,使得成像物体存在一定的相位像差。基于此,提出一种基于径向基神经网络(RBF)的相位畸变补偿算法。使用RBF网络构建非线性函数,最小化损失函数来估算物体的实际相位,损失函数考虑了全息面和RBF网络的输出。在仿真中以原模型为基准计算全局的均方误差,所提算法的均方误差为0.0374,主成分分析法(PCA)的为0.0470,频谱质心法(SCM)的为0.3303。搭建DHM系统用于HL60细胞的成像幅度和相位对比度观察,结果显示,所提算法能够更好地消除载波频率和相位畸变。所提算法无需了解光学参数,且可以通过调整采样点数量控制计算时间和插值精度,在弱散射物体或微纳结构三维形态测量中具有潜在的应用前景。
数字全息 相位恢复 波前误差 径向基神经网络 digital holography phase aberration compensation wavefront error radial basis function neural network 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411002
Author Affiliations
Abstract
CEA CESTA, Le Barp, France
Mid-spatial frequency wavefront deformation can be deleterious for the operation of high-energy laser systems. When fluid cooled high-repetition-rate amplifiers are used, the coolant flow is likely to induce such detrimental mid-spatial frequency wavefront deformations. Here, we describe the design and performance of a 90 mm × 90 mm aperture, liquid-cooled Nd:phosphate split-slab laser amplifier pumped by flash-lamps. The performance of the system is evaluated in terms of wavefront aberration and gain at repetition rates down to 1 shot per minute. The results show that this single cooled split-slab system exhibits low wavefront distortions in the medium to large period range, compatible with a focus on target, and despite the use of liquid coolant traversed by both pump and amplified wavelengths. This makes it a potential candidate for applications in large high-energy laser facilities.
flash-lamp pumping high-power laser laser cooling neodymium glass wavefront error 
High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(1): 010000e3
余苗 1李建聪 1林宏安 1黄耀樟 1[ ... ]王智 2,4,*
作者单位
摘要
1 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院, 广东 佛山 528000
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 季华实验室, 广东 佛山 528000
4 国科大杭州高等研究院 基础物理与数学科学学院, 浙江 杭州 310024
太极计划是中国探测空间引力波的一项重点任务。望远镜作为空间引力波探测中的重要组成部分,它的性能会直接影响引力波探测的精度。现有的典型空间引力波望远镜结构中次镜灵敏度高,难以满足更大口径的空间引力波望远镜对制造装调公差的要求,特别是在轨稳定性公差要求。为解决以上问题,首先,提出了一种中间像面设置于三四镜之间的新型空间引力波望远镜光学系统结构,以降低次镜灵敏度;结合高斯光学理论方法,从理论上分析并计算新型望远镜结构的初始参数。其次,通过优化设计,获得入瞳直径为400 mm,放大倍率为80倍,科学视场为±8 μrad,波前误差RMS值优于0.0063λ的望远镜光学系统。最后,建立了望远镜系统的灵敏度评价公差分配表,对比分析了现有望远镜结构与新型望远镜结构的公差情况。结果显示:相较于现有望远镜结构,新型望远镜结构的灵敏度降低了30.4%,具有低灵敏度优势,为空间引力波望远镜的设计提供了一种优选方案。
望远镜 空间引力波探测 波前误差 低灵敏度 光学设计 telescope space gravitational wave detection wavefront error low sensitivity optical design 
中国光学
2023, 16(6): 1384
马铭泽 1,2何煦 1王金鑫 1,2罗敬 1[ ... ]周浩然 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
为保证大口径离轴三反消像散(Three-Mirror Anastigmat,TMA)光学系统在轨成像质量,探明离轴TMA系统中次镜位姿与主镜及三镜面形误差补偿机理,以矢量像差理论为基础,用Zernike多项式表述离轴TMA系统镜面面形误差,并对系统镜面面形误差进行解析。通过分析发现,位于非光阑位置三阶彗差经光瞳坐标变换衍生出与视场线性相关像散;提出结合失调离轴系统矢量像差校正解析式,以系统出瞳波像差RMS值为评价标准,构建离轴TMA系统像差补偿模型,利用次镜位姿对主镜及三镜存在面形误差的离轴TMA系统进行补偿。仿真实验表明:系统主镜存在0.5λ像散与彗差时,所构建像差补偿模型可将系统出瞳波像差由0.18λ补偿至0.08λ;系统三镜存在0.05λ像散与彗差时,可将出瞳波像差由0.3λ补偿至0.1λ,且当三镜面形误差在(−0.03λ,0.03λ)范围内时,可将系统各视场RMS值补偿至系统设计值,使系统成像质量满足要求,为大口径反射式空间望远镜在轨主动装调提供进一步理论指导。
离轴三反消像散 矢量像差理论 像差补偿 波像差 off-axis three-mirror anastigmat nodal aberration theory figure error compensation wavefront error 
红外与激光工程
2023, 52(4): 20230053
董若曦 1,2,3李敏 1,2晋凯 1,2熊闻全 4魏凯 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 中国科学院自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
3 中国科学院大学北京 100049
4 中国人民解放军32035部队陕西 西安 710600
等晕误差中的piston项对成像质量没有影响,无需校正,有效非等晕误差应去除该项。为此提出利用夏克-哈特曼波前传感器测量双星波前误差的方法,计算得到去piston项误差后的等晕角。首先,根据Sasiela和Van Dam给出的角度非等晕误差解析表达式,计算不同条件下的非等晕误差理论值;其次,利用相位屏法,模拟不同大气环境下实际自适应光学系统波前误差测量过程,仿真得到非等晕误差值。数值仿真结果与理论计算有较好的吻合,并得到了波前误差与去piston项等晕角的对应关系。最后,基于丽江1.8 m望远镜系统,测量双星的非等晕误差,计算得到去piston项等晕角的大小。并使用差分像运动法和恒星闪烁法,对该方法进行了印证。去piston项等晕角测量实验的结果表明,去piston项等晕角在时间维度上变化缓慢,在空间维度上差别很大,当方位及仰角差距较远的情况下,去piston项等晕角的值没有相关性。根据该方法,也可计算出其他望远镜及大气模型下的波前误差值与去piston项等晕角的对应关系,为信标的位置选择提供了依据。
大气光学与海洋光学 自适应光学 非等晕误差 等晕角 波前误差探测 atmospheric optics and ocean optics adaptive optics anisoplanatic error isoplanatic angle wavefront error detection 
激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2101001
作者单位
摘要
1 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院, 广东 佛山 528000
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
3 季华实验室, 广东 佛山 528000
在空间引力波探测中,望远镜是空间激光干涉测量系统的重要组成部分,其出瞳处波前误差与抖动光程(Tilt-To-Length, TTL)噪声间的耦合,是影响空间引力波探测的主要噪声源。首先,基于平顶光束与高斯光束的干涉模型,采用Fringe Zernike多项式表征望远镜出瞳处的波前误差,运用LISA Pathfinder(LPF)信号分析出瞳处波前误差与TTL噪声的耦合机理。其次,采用蒙特卡洛分析方法,研究不同数值波前误差下低阶像差占比对TTL耦合噪声的影响,确定了不同数值波前误差下,望远镜光学系统出瞳处满足TTL耦合噪声控制要求的低阶像差设计比例。最后,基于上述理论分析结果与像差控制要求,完成了空间引力波探测望远镜光学系统设计,望远镜入瞳直径为200 mm,出瞳处波前误差RMS值为0.01908λ,低阶像差占比不高于50%。分析结果表明,当光束抖动在±300 μrad以内,TTL耦合噪声不超过8.25 pm/μrad;通过公差分析得知,TTL耦合噪声最大值为15.50 pm/μrad,满足空间引力波的探测要求。
望远镜 空间引力波探测 波前误差 抖动光程噪声 光学设计 telescope space gravitational wave detection wavefront error tilt-to-length noise optical design 
中国光学
2022, 15(4): 761
作者单位
摘要
大连海事大学 理学院,辽宁 大连 116026
设计了采用薄膜介质层分隔浮置电极与模式控制电极的液晶透镜,浮置电极与模式控制电极处于基板的同一侧,避免了浮置电极与模式控制电极处于基板两侧而需要采用薄型基板的限制。采用Comsol Multiphysics仿真软件仿真研究了浮置电极方块电阻和薄膜介质层厚度对液晶透镜波前误差的影响规律。对于直径2 mm的液晶透镜,当浮置电极方块电阻在150 Ω·□-1~300 MΩ·□-1间变化时,液晶透镜波前误差先减小后增大,在40 MΩ·□-1时波前误差达到极小值。当介质层厚度在50~5 000 nm间变化时,液晶透镜波前误差最小的浮置电极方块电阻由50 MΩ·□-1减小到2 MΩ·□-1,最佳方块电阻参数呈现单调减小规律。取浮置电极方块电阻40 MΩ·□-1和介质层厚度250 nm时,研究了液晶透镜的调焦特性和波前误差特性,当焦距在250 mm至无限远间变化时,589 nm光波长下的波前均方根误差最大值为0.041 2 μm,小于λ/14,满足Marechal判据的要求。
浮置电极 液晶透镜 仿真 方块电阻 波前误差 floating electrode liquid crystal lens simulation square resistance wavefront error 
液晶与显示
2022, 37(6): 687
陈兴涛 1,2,**苏宙平 1,2,*张杨柳 1,2胡立发 1,2
作者单位
摘要
1 江南大学理学院, 江苏 无锡 214122
2 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
离轴反射无焦光学系统在空间望远镜中具有重要的应用,自由曲面能够校正离轴反射系统中的非对称像差。设计自由曲面离轴反射无焦系统的初始结构非常关键。提出了正交种子曲线扩展算法(OSCE),可直接设计自由曲面离轴反射无焦系统的初始结构。为了验证方法可行性,分别设计了放大倍率为10和20的离轴无焦三反和四反系统。设计结果表明离轴三反系统初始结构均方根(RMS)波前差为0.36 λ,离轴四反系统初始结构波前差为0.18 λ。对这两个初始结构分别进行优化,优化之后的RMS波前差小于0.02 λ
光学设计 离轴反射无焦系统 正交种子曲线扩展 自由曲面 波前差 optical design off-axis reflective afocal system orthogonal seed curve extension freeform surface wavefront error 
光学学报
2022, 42(1): 0108001
作者单位
摘要
天津大学微纳制造工程技术中心精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
光学自由曲面的波前像差复杂多样且非对称,当波前像差的峰谷值满足要求时,对应的光学调制传递函数未必满足要求。因此,必须获得主要的光学性能参数进行评价,但目前没有专门的软件可实现光学性能参数之间的相互转化。基于傅里叶光学与相位重构理论,建立了光学性能基本指标评价体系。通过测量单一光学性能参数实现光学性能的多参数评价,降低了测量成本,提高了测量效率,并通过仿真与实验验证了该体系的正确性。研究结果可为自由曲面成像光学系统的面形误差补偿及光学质量可控制造提供理论指导。
傅里叶光学 光学性能 波前像差 点扩展函数 调制传递函数 Fourier optics optical performance wavefront error point spread function modulation transfer function 
光学学报
2020, 40(24): 2412002
作者单位
摘要
北京空间机电研究所 空间光学工程中心, 北京 100094
在光学系统装调中, 由于光学元件的面型误差、加工误差等影响因素的存在, 使待装调的光学系统的装调失调量并非为一个确定的准值, 而是一个范围值, 在失调量范围内, 可能存在不止一组Zernike系数符合要求, 即以像差值为判据的装调结果的解不唯一, 需要对光学系统的其他参数进行测试判断光学系统在装调阶段是否满足技术要求。介绍了一种在装调过程中, 当各项像差的Zernike系数接近设计时, 利用干涉仪、分划板、五棱镜、经纬仪等设备, 在波前测试光路中采用猫眼效应进行装调过程中的光学系统焦距的测试方法, 通过光学系统的波像差和焦距值两种测试结果判断装调工作是否符合要求。经过实际装调过程中的应用验证了该方法的有效性, 在光学系统的装调过程中将焦距值控制在±0.5%以内。
光学测量 光学装调 焦距测试 猫眼效应 波像差 optical measurement optical alignment focal length measuring cat eye effect wavefront error 
光学技术
2020, 46(4): 466

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