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自适应光学技术 被引量：79
1
作者 姜文汉 《自然杂志》 北大核心 2006年第1期7-13,共7页
动态光学波前误差是困扰光学界几百年的老问题,自适应光学技术提供了解决这一难题的途径。自适应光学通过对动态波前误差的实时探测—控制—校正,使光学系统能够自动克服外界扰动,保持系统良好性能。本文在说明自适应光学技术的基本原理... 动态光学波前误差是困扰光学界几百年的老问题,自适应光学技术提供了解决这一难题的途径。自适应光学通过对动态波前误差的实时探测—控制—校正,使光学系统能够自动克服外界扰动,保持系统良好性能。本文在说明自适应光学技术的基本原理后,介绍由中国科学院光电技术研究所研制的三套自适应光学系统及其使用结果:1.2m望远镜天体目标自适应光学系统,“神光I”激光核聚变波前校正系统和人眼视网膜高分辨力成像系统。 展开更多
关键词 自适应光学 波前探测 波前控制 波前校正 高分辨力成像 激光核聚变 人眼视网膜
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哈特曼波前传感器的应用 被引量：48
2
作者 姜文汉 鲜浩 +3 位作者 杨泽平 姜凌涛 饶学军 许冰 《量子电子学报》 CAS CSCD 1998年第2期228-235,共8页
夏克—哈特曼（S－H）波前传感器可以用很高的采样频率同时测量出光场的相位分布和强度分布。它不仅作为波前传感器广泛地应用于自适应光学系统之中，而且还用于光学元件和光学系统的检测、激光光束质量诊断和大气扰动测量之中。我们研... 夏克—哈特曼（S－H）波前传感器可以用很高的采样频率同时测量出光场的相位分布和强度分布。它不仅作为波前传感器广泛地应用于自适应光学系统之中，而且还用于光学元件和光学系统的检测、激光光束质量诊断和大气扰动测量之中。我们研制了一系列S－H波前传感器。本文总结了这些传感器在不同领域的测量结果。 展开更多
关键词 S-H波前传感器 自适应光学 光学系统
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用于活体人眼视网膜观察的自适应光学成像系统 被引量：45
3
作者 凌宁 张雨东 +4 位作者 饶学军 李新阳 王成 胡弈云 姜文汉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第9期1153-1158,共6页
利用自适应光学技术 ,研制了两套活体人眼视网膜高分辨力成像系统 ,在实时校正人眼波前误差的基础上 ,实现活体人眼视网膜细胞尺度的高分辨力成像。这两套系统分别采用 19和 37单元小型压电变形反射镜作为波前校正元件 ,哈特曼夏克 (Har... 利用自适应光学技术 ,研制了两套活体人眼视网膜高分辨力成像系统 ,在实时校正人眼波前误差的基础上 ,实现活体人眼视网膜细胞尺度的高分辨力成像。这两套系统分别采用 19和 37单元小型压电变形反射镜作为波前校正元件 ,哈特曼夏克 (Hartmann Shack)波前传感器测量波前误差 ,用眼底反射的半导体激光作为波前探测的信标。在用计算机控制自适应光学系统实现人眼波前误差校正后 ,触发闪光灯照明视网膜 ,用CCD相机记录视网膜的高分辨力图像。校正后的残余波前误差的均方根值已分别小于 1/ 6和 1/ 10波长 ,相当于视网膜上成像分辨力分别为 3.4 μm和 2 .6 μm ,接近衍射极限。试验表明 37单元系统的成像质量更好。 展开更多
关键词 自适应光学 视网膜 高分辨力成像 变形反射镜 哈特曼-夏克波前传感器
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自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法仿真与分析 被引量：50
4
作者 杨慧珍 李新阳 姜文汉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期1355-1360,共6页
随机并行梯度下降算法能不依赖波前传感器直接对系统性能进行优化。以32单元变形镜为校正器,采用随机并行梯度下降算法建立了自适应光学系统仿真模型。通过分析该系统对静态波前畸变的校正能力,验证了随机并行梯度下降算法的收敛性;讨... 随机并行梯度下降算法能不依赖波前传感器直接对系统性能进行优化。以32单元变形镜为校正器,采用随机并行梯度下降算法建立了自适应光学系统仿真模型。通过分析该系统对静态波前畸变的校正能力,验证了随机并行梯度下降算法的收敛性;讨论了算法增益系数、随机扰动幅度与收敛速度的关系,并指出通过算法增益系数的自适应调整可以改进算法的收敛速度。 展开更多
关键词 自适应光学 随机并行梯度下降算法 数值仿真 变形镜 收敛
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自适应光学控制系统的有效带宽分析 被引量：43
5
作者 李新阳 姜文汉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第12期1697-1702,共6页
分析了自适应光学控制系统中闭环带宽与对湍流校正的有效带宽的关系，比较了采用比例积分控制和纯滞后补偿控制的自适应光学控制系统的带宽。分析结果认为自适应光学控制系统应当具有较高的有效带宽，较低的闭环带宽，系统中的时间延迟... 分析了自适应光学控制系统中闭环带宽与对湍流校正的有效带宽的关系，比较了采用比例积分控制和纯滞后补偿控制的自适应光学控制系统的带宽。分析结果认为自适应光学控制系统应当具有较高的有效带宽，较低的闭环带宽，系统中的时间延迟是限制自适应光学控制系统有效带宽的主要因素。 展开更多
关键词 自适应光学 有效带宽 大气传播 光学系统
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61单元自适应光学系统 被引量：35
6
作者 姜文汉 王春红 +8 位作者 凌宁 吴旭斌 鲜浩 李新阳 官春林 李梅 龚知本 吴毅 王英俭 《量子电子学报》 CAS CSCD 1998年第2期193-199,共7页
本文报道了我们首次利用61单元自适应光学系统与精密跟瞄系统的综合装置，进行了对目标的斜程大气条件下的跟踪及自适应光学校正实验。本文着重从自适应光学的角度出发，介绍了自适应光学系统框图，主要的技术进展及实验结果。
关键词 自适应光学系统 波前测量 波前校正 大气光学
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夏克-哈特曼波前传感器的探测误差 被引量：31
7
作者 姜文汉 鲜浩 沈锋 《量子电子学报》 CAS CSCD 1998年第2期218-227,共10页
夏克—哈特曼（S－H）传感器的探测误差是自适应光学系统的一个主要误差源。本文主要分析了S-H传感器的系统误差和随机误差，其误差源包括：CCD相机的读出噪声和背景电平，探测的像素数以及光子噪声。通过在计算哈特曼传感器子光斑质心... 夏克—哈特曼（S－H）传感器的探测误差是自适应光学系统的一个主要误差源。本文主要分析了S-H传感器的系统误差和随机误差，其误差源包括：CCD相机的读出噪声和背景电平，探测的像素数以及光子噪声。通过在计算哈特曼传感器子光斑质心时设定一个阈值可以大大提高传感器的探测精度。本文同时列举了实验数据和理论分析结果。 展开更多
关键词 自适应光学 波前传感器 误差分析
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哈特曼-夏克传感器的泽尼克模式波前复原误差 被引量：33
8
作者 李新阳 姜文汉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第10期1236-1240,共5页
利用哈特曼夏克传感器测量圆孔径内波像差时 ,通常使用泽尼克模式复原算法。推导了一般情况下哈特曼夏克传感器泽尼克模式波前复原误差的计算公式。用哈特曼夏克传感器测量一个像差板的随机静态像差 ,通过与ZYGO干涉仪的测量结果比较 ,... 利用哈特曼夏克传感器测量圆孔径内波像差时 ,通常使用泽尼克模式复原算法。推导了一般情况下哈特曼夏克传感器泽尼克模式波前复原误差的计算公式。用哈特曼夏克传感器测量一个像差板的随机静态像差 ,通过与ZYGO干涉仪的测量结果比较 ,得到不同泽尼克模式复原阶数下的波前复原误差的实验结果 ,并与理论计算结果进行了对比。 展开更多
关键词 哈特曼-夏克传感器 模式波前复原 泽尼克多项式 测量误差 工作原理
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夏克-哈特曼波前传感器的波前相位探测误差 被引量：28
9
作者 沈锋 姜文汉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第5期666-671,共6页
对夏克 -哈特曼 (Shack- Hartmann)波前传感器的相位探测误差进行了分析 ,并分析了它的理论相位探测极限。分析结果表明 ,夏克 -哈特曼波前传感器的相位探测精度与探测器的噪声水平、探测目标的亮度有关 ,还与被探测对象的特性、孔径波... 对夏克 -哈特曼 (Shack- Hartmann)波前传感器的相位探测误差进行了分析 ,并分析了它的理论相位探测极限。分析结果表明 ,夏克 -哈特曼波前传感器的相位探测精度与探测器的噪声水平、探测目标的亮度有关 ,还与被探测对象的特性、孔径波前分割有关。给出了它们的关系表达式。 展开更多
关键词 自适应光学 波前传感器 相位误差
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自适应光学系统几种随机并行优化控制算法比较 被引量：34
10
作者 杨慧珍 李新阳 姜文汉 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期11-16,共6页
直接对系统性能指标进行优化是自适应光学系统中一种重要的波前畸变校正方法,选择合适的随机并行优化控制算法是该技术成功实现的关键。以32单元变形镜为校正器,基于多种随机并行优化算法建立自适应光学系统仿真模型。从算法的收敛速度... 直接对系统性能指标进行优化是自适应光学系统中一种重要的波前畸变校正方法,选择合适的随机并行优化控制算法是该技术成功实现的关键。以32单元变形镜为校正器,基于多种随机并行优化算法建立自适应光学系统仿真模型。从算法的收敛速度、校正效果、局部极值3个方面对遗传算法、单向扰动随机并行梯度下降、双向扰动随机并行梯度下降及模拟退火算法进行了比较。仿真结果表明,遗传算法收敛速度太慢,不适用于需要实时控制的自适应光学系统;双向扰动随机并行梯度下降算法收敛速度、校正效果要优于单向扰动随机并行梯度下降,且能够适应各种情况下的扰动电压;模拟退火几乎以概率1收敛到全局极值附近,且收敛速度是上述算法中最快的。 展开更多
关键词 自适应光学系统 随机并行梯度下降算法 模拟退火 遗传算法 数值仿真
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自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法实验研究 被引量：35
11
作者 杨慧珍 陈波 +1 位作者 李新阳 姜文汉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期205-210,共6页
随机并行梯度下降算法是一种极具应用潜力的自适应光学系统控制算法,具有不依赖波前传感器直接对系统性能指标进行优化的特点。基于32单元变形镜、CCD成像器件等建立自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法实验平台。考察算法增益系数... 随机并行梯度下降算法是一种极具应用潜力的自适应光学系统控制算法,具有不依赖波前传感器直接对系统性能指标进行优化的特点。基于32单元变形镜、CCD成像器件等建立自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法实验平台。考察算法增益系数和扰动幅度对校正效果和收敛速度的影响,验证随机并行梯度下降算法的基本原理。实验结果表明参量选取合适的情况下,随机并行梯度下降控制算法对静态或慢变化的畸变波前具有较好的校正能力。根据实验结果分析了影响随机并行梯度下降算法校正速度的主要因素。 展开更多
关键词 自适应光学 随机并行梯度下降算法 光束净化
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云南天文台1．2m望远镜61单元自适应光学系统 被引量：26
12
作者 饶长辉 姜文汉 +14 位作者 张雨东 凌宁 李梅 张学军 李彦英 官春林 陈东红 沈锋 廖周 汤国茂 周璐春 王彩霞 张昂 吴碧琳 魏凯 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第3期295-302,共8页
云南天文台1．2 m望远镜61单元自适应光学系统已经完成升级改造并投入使用。该自适应光学系统主要由倾斜跟踪控制回路、高阶校正回路以及高分辨力成像系统组成。为了提高系统的跟踪精度,倾斜跟踪控制回路由两级倾斜校正回路串联而成,用... 云南天文台1．2 m望远镜61单元自适应光学系统已经完成升级改造并投入使用。该自适应光学系统主要由倾斜跟踪控制回路、高阶校正回路以及高分辨力成像系统组成。为了提高系统的跟踪精度,倾斜跟踪控制回路由两级倾斜校正回路串联而成,用于校正望远镜的跟踪误差和大气湍流引起的倾斜跟踪误差。高阶校正回路主要由一套哈特曼波前传感器、一块61单元变形反射镜以及一套高速数字波前处理机组成。系统中哈特曼波前传感器的工作波段为400-700 nm,系统成像波段为700-900 nm。在介绍61单元自适应光学系统各组成部分的基础上,对该系统的性能进行了分析,并给出了实际天文恒星目标的高分辨力自适应光学成像观测结果。 展开更多
关键词 自适应光学 波前传感器 跟踪 性能分析
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提高Hartmann波前传感器质心探测精度的阈值方法 被引量：23
13
作者 沈锋 姜文汉 《光电工程》 CAS CSCD 1997年第3期1-8,共8页
详细地讨论了Ｈａｒｔｍａｎｎ波前传感器质心探测的误差来源。主要讨论了光量子起伏、ＣＣＤ的背景电子噪声引起的质心探测误差，并对采样阈值对Ｈａｒｔｍａｎｎ波前传感器质心探测精度的影响进行了分析，计算结果表明采取阈值的方法... 详细地讨论了Ｈａｒｔｍａｎｎ波前传感器质心探测的误差来源。主要讨论了光量子起伏、ＣＣＤ的背景电子噪声引起的质心探测误差，并对采样阈值对Ｈａｒｔｍａｎｎ波前传感器质心探测精度的影响进行了分析，计算结果表明采取阈值的方法对提高质心的探测精度是非常有利的。本文对Ｈａｒｔｍａｎｎ波前传感器的优化设计以及实际操作提供了一定的理论依据。 展开更多
关键词 波前传感器 哈特曼法 自适应光学 探测概率 阈值
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利用Zernike多项式对湍流波前进行波前重构 被引量：21
14
作者 张强 姜文汉 许冰 《光电工程》 EI CAS CSCD 1998年第6期15-19,共5页
分析了利用Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式进行波前重构时模式耦合与混淆产生的原因，以及模式耦合与混淆对受大气湍流影响的光学波前（以下简称湍流波前）进行波前重构的精度和稳定性的影响。取除去平移的前６５项Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式构造湍流... 分析了利用Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式进行波前重构时模式耦合与混淆产生的原因，以及模式耦合与混淆对受大气湍流影响的光学波前（以下简称湍流波前）进行波前重构的精度和稳定性的影响。取除去平移的前６５项Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式构造湍流波前。针对６１单元自适应光学系统的波前传感器子孔径布局进行仿真，通过比较ＮＳ不同取值时的湍流波前重构精度和稳定性，得出了该条件下ＮＳ的最佳取值。 展开更多
关键词 多项式 波前重构 大气湍流 自适应光学系统
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波像差与光束质量指标的关系 被引量：22
15
作者 鲜浩 姜文汉 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第5期415-419,共5页
用数值计算的方法，研究了不同类型波像差及其组合的均方根值（ＲＭＳ）和β及Ｓｔｒｅｈｌ比的关系，建立了拟合关系式。
关键词 自适应光学 波像差 光束质量 光束传输 激光
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用Hartmann－Shack传感器测量激光束的波前相位 被引量：23
16
作者 鲜浩 李华贵 +1 位作者 姜文汉 吴旭斌 《光电工程》 CAS CSCD 1995年第2期38-45,共8页
Ｈａｒｔｍａｎｎ－Ｓｈａｃｋ传感器已经用于自适应光学系统。它可以同时探测出一束光的振幅和相位信息。通过一个位置传感器，比如ＣＣＤ，它就可以成为一种对光学系统和光束的静态和动态质量诊断的有力工具。从Ｈ－Ｓ波前传感器的输... Ｈａｒｔｍａｎｎ－Ｓｈａｃｋ传感器已经用于自适应光学系统。它可以同时探测出一束光的振幅和相位信息。通过一个位置传感器，比如ＣＣＤ，它就可以成为一种对光学系统和光束的静态和动态质量诊断的有力工具。从Ｈ－Ｓ波前传感器的输出（波前斜率和近场强度分布），就可以推算出远场特点，如ＰＳＦ和ＯＴＦ。本文将介绍波前重构的理论分析和远场特征评估。同时也给出了光束质量的静态和动态的测量结果。 展开更多
关键词 激光束 波前探测器 H-S波前传感器 传感器
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人眼高阶像差校正和视觉分析系统 被引量：25
17
作者 薛丽霞 饶学军 +3 位作者 王成 胡弈云 凌宁 姜文汉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期893-897,共5页
人眼除具有可用眼镜或接触镜校正的低阶像差(离焦、像散)之外,还普遍存在高阶像差。高阶像差的存在影响着屈光系统的成像质量。为研究高阶像差对视觉功能的影响,利用自适应光学技术,建立了具有校正高阶像差和产生高阶像差双重功能的人... 人眼除具有可用眼镜或接触镜校正的低阶像差(离焦、像散)之外,还普遍存在高阶像差。高阶像差的存在影响着屈光系统的成像质量。为研究高阶像差对视觉功能的影响,利用自适应光学技术,建立了具有校正高阶像差和产生高阶像差双重功能的人眼高阶像差校正和视觉分析系统。介绍了系统实现高阶像差校正和视觉分析的工作原理;阐述了波前校正器、哈特曼波前探测系统、控制系统等关键单元技术;列出了系统对泽尼克模式像差的校正效果,绝大多数像差从0.5λ降低到0.2λ以下;阐明系统功能的实现过程,并给出仿真实验的结果。该系统为进一步研究高阶像差对视功能的影响提供了有效的手段。 展开更多
关键词 自适应光学 成像系统 视觉分析 高阶像差
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计算机控制抛光大口径高陡度非球面技术研究 被引量：19
18
作者 杨力 姜文汉 《光电工程》 CAS CSCD 1999年第1期9-15,35,共8页
报告了计算机控制应力变形抛光盘加工大口径高陡度非球面技术的发展情况。讨论了这一方法的理论基础；给出了应力变形抛光盘的数学力学原理与结构特点；研究了机床的整体机械设计与电学系统设计原则；探讨了应力变形盘与抛光磨头轴的连... 报告了计算机控制应力变形抛光盘加工大口径高陡度非球面技术的发展情况。讨论了这一方法的理论基础；给出了应力变形抛光盘的数学力学原理与结构特点；研究了机床的整体机械设计与电学系统设计原则；探讨了应力变形盘与抛光磨头轴的连接方式；概括了这种最新加工方法的工艺路线。最后，讨论了发展这项新技术的若干初步考虑。 展开更多
关键词 非球面加工 抛光机 计算机控制 应力盘
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点目标成像自适应光学随机并行梯度下降算法性能指标与收敛速度 被引量：24
19
作者 陈波 杨慧珍 +2 位作者 张金宝 李新阳 姜文汉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期1143-1148,共6页
在自适应光学中,随机并行梯度下降(SPGD)算法通过对系统的性能指标直接优化从而校正波前像差,具有很强的应用潜力。在点目标成像自适应光学系统中,SPGD算法经常采用强度分布平方和、平均半径和环围能量作为系统的性能指标进行优化。利... 在自适应光学中,随机并行梯度下降(SPGD)算法通过对系统的性能指标直接优化从而校正波前像差,具有很强的应用潜力。在点目标成像自适应光学系统中,SPGD算法经常采用强度分布平方和、平均半径和环围能量作为系统的性能指标进行优化。利用数值仿真分析了三种性能指标与畸变波前的均方根之间的关系。建立了一套实验平台,通过静态波前畸变校正实验,分析了SPGD算法采用以上三种不同的性能指标时的校正效果。实验结果与前面的数值仿真结果一致,表明SPGD取平均半径作为性能指标进行优化时效果较好。实验还分析了控制通道数目对收敛速度的影响。结果表明随着控制通道数目的增加性能指标曲线收敛所需的迭代次数显著增加,与驱动器个数的平方根之间存在一个近似的线性关系。 展开更多
关键词 自适应光学 随机并行梯度下降算法 性能指标 收敛速度
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用数字干涉仪测量变形镜影响函数的实验研究 被引量：24
20
作者 饶学军 凌宁 姜文汉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1995年第10期1446-1451,共6页
分析了变形反射镜面形影响函数的意义，鉴于自适应光学系统中波前探测大都以测量波前斜率为基础的特点，提出应研究斜率影响函数，并在此基础上构成波前复原矩阵。还介绍了用数字干涉仪测量变形镜影响函数的方法和结果，并对测量结果进... 分析了变形反射镜面形影响函数的意义，鉴于自适应光学系统中波前探测大都以测量波前斜率为基础的特点，提出应研究斜率影响函数，并在此基础上构成波前复原矩阵。还介绍了用数字干涉仪测量变形镜影响函数的方法和结果，并对测量结果进行了分析，得到了影响函数的各种参数，例如：交连值，高斯指数，特征宽度等。并将干涉法测量斜率影响函数的结果与实际的哈特曼探测器的测试结果进行了比较。 展开更多
关键词 变形镜 影响函数 喻特曼探测器 自适应光学
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