搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

用于开环液晶自适应光学系统的模式预测技术研究

刘超 胡立发 穆全全 曹召良 胡红斌 张杏云 芦永军 宣丽

引用本文:
Citation:

用于开环液晶自适应光学系统的模式预测技术研究

刘超, 胡立发, 穆全全, 曹召良, 胡红斌, 张杏云, 芦永军, 宣丽

Modal prediction for open-loop liquid-crystal adaptive optics systems

Liu Chao, Hu Li-Fa, Mu Quan-Quan, Cao Zhao-Liang, Hu Hong-Bin, Zhang Xing-Yun, Lu Yong-Jun, Xuan Li
PDF
导出引用
  • 时间延迟误差是液晶自适应光学系统的一个最主要的误差源. 本文提出了一种利用智能模式预测迭代最小二乘(RLS)模式预测算法来克服其对成像分辨率的影响. 首先, 介绍了具有RLS模式预测能力的开环液晶自适应光学系统的结构和工作原理. 其次, 详细讨论了RLS模式预测算法的实现过程. 再次, 设计和搭建了一套带有液晶湍流模拟器的开环液晶自适应光学系统, 对RLS模式预测算法的预测效果进行了分析, 并和直接开环校正做了比较. 分析结果表明: 当系统处于中等强度湍流条件(大气相干长度r0=6 cm, Greenwood频率fG=35 Hz)和只有时间延迟误差情况下, 经过RLS预测后, 残差波面的RMS值由直接校正的0.26波长(1波长=785 nm)降低到了0.15波长, 校正效果提高了42%. 最后, 对预测前后自适应光学系统的成像效果进行了对比试验. 实验结果显示, 经过预测以后, 系统的成像分辨率由直接开环校正的25.4 cycles/mm提高到了32.0 cycles/mm, 成像分辨率提高了26%, 达到了0.9倍的衍射极限分辨率. 因此, RLS模式预测技术可以有效的提高开环液晶自适应系统的成像分辨率.
    In order to reduce the time delay of the liquid-crystal (LC) adaptive optics system (AOS) which reduces the image resolution of the observed objects, we present a new technique for the first time which is called recursive least square (RLS) modal prediction of turbulent wavefront. First, we introduce the structure of the open-loop LC AOS with RLS predictor. Second, we present the RLS modal prediction algorithm in detail. Third, an actual open-loop LC AOS is designed and built, and the RLS prediction is carried out on it. It is shown that under a pure time delay system and the turbulent condition with Greenwood frequency of 35Hz and Fried parameter of 6 cm, after prediction the residual wavefront error reduce to 0.15 wave (wave=785 nm) from 0.26 wave that is obtained through the direct open loop correction. The prediction gain reaches 42%. Finally, the images obtained by the open-loop AOS with and without prediction are demonstrated. With direct correction without prediction, the image resolution reache 25.4 cycles/mm. After the correction with RLS prediction, the image resolution reaches 32.0 cycles/mm which is equal to 0.9 of the diffraction limit resolution of the system. Therefore, with respect to correction without prediction, a relative gain of 26% in image resolution is achieved with RLS prediction. In conclusion, the RLS modal prediction can improve the image resolution of the open-loop LC AOS effectively.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60736042, 50703039)资助的课题.
    • Funds: roject supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos. 60736042,50703039).
    [1]

    Love G D 1997 Appl. Opt. 36 1517

    [2]

    Prieto P, Fernandez E, Manzanera S, Artal P 2004 Opt. Express 12 4059

    [3]

    Schmidt J, Goda M, Duncan B 2007 Appl. Opt. 46 2423

    [4]

    Cai D M, Ning N, Jiang W H 2008 Acta Phys. Sin. 57 897 (in Chinese) [蔡冬梅, 凌宁, 姜文汉 2008 57 897]

    [5]

    Li C, Xia M, Mu Q, Jiang B, Xuan L, Cao Z 2009 Opt. Express 17 10774

    [6]

    Liu C, Hu L, Mu Q, Cao Z, Xuan L 2011 Appl. Opt. 50 82

    [7]

    Mu Q, Cao Z, Peng Z, Liu Y, Hu L, Lu X, Xuan L 2010 Opt. Commun. 283 2017

    [8]

    Mu Q, Cao Z, Li D, Hu L, Xuan L 2008 Appl. Opt. 47 4279

    [9]

    Li C, Xia M, Li D, Mu Q, Xuan L 2010 J. Biomed. Opt. 15 046009-1

    [10]

    Jiang B G, Cao Z L, Mu Q Q, Li C, Xia M L 2008 Opt. Precis. Eng. 16 1805 (in Chinese) [姜宝光, 曹召良, 穆全全, 李抄, 夏明亮 2008 光学精密工程 16 1805]

    [11]

    Jorgenson M, Aitken G 1992 Opt. Lett. 17 466

    [12]

    Schwartz C, Baum G, Ribak E N 1994 J. Opt. Soc. Am. A 11 444

    [13]

    Aitken G J, McGaughey D 1995 Proceedings of Topical Meeting on Adaptive Optics 54 89

    [14]

    Paschall R, Anderson D 1993 Appl. Opt. 32

    [15]

    Wild W 1996 Opt. Lett. 21 1433

    [16]

    Dessenne C, Madec P Y, Rousset G 1997 Opt. Lett. 22 1535

    [17]

    Dessenne C, Madec P Y, Rousset G 1998 Appl. Opt. 37 4623

    [18]

    Dessenne C, Madec P Y, Rousset G 1999 Opt. Lett. 24 339

    [19]

    Poyneer L, Véran J 2008 J. Opt. Soc. Am. A 25 1486

    [20]

    Jorgenson M B, Aitken G J M 1992 Proc. SPIE 1706 113

    [21]

    Montera D, Welsh B, Roggemann M, Ruck D 1997 Appl. Opt 36 675

    [22]

    McGuire P, Rhoadarmer T, Coy H, Angel J, Lloyd-Hart M 2000 Proc. SPIE 4007 682

    [23]

    Cheng S Y, Cao Z L, Hu L F, Mu Q Q, Li P F, Xuan L 2010 Opt. Precis. Eng. 18 1060 (in Chinese) [程少园, 曹召良, 胡立发, 穆全全, 李鹏飞, 宣丽 2010 光学精密工程 18 1060]

    [24]

    Li C H, Xian H, Jiang W H, Rao C H 2007 Acta Phys. Sin. 56 4289 (in Chinese) [李超宏, 鲜浩, 姜文汉, 饶长辉 2007 56 4289]

    [25]

    Liu C, Hu L F, Mu Q Q, Cao Z L, Gao F, Wang Y W, Xuan L 2010 Opt. Precis. Eng. 18 2200 (in Chinese) [刘超, 胡立发, 穆全全, 曹召良, 高峰, 王永伟, 宣丽 2010 光学精密工程 18 2200]

    [26]

    Gendron E 1994 Astron. Astrophys. 48 187

    [27]

    Conan J M, Rousset G, Madec P-Y 1995 J. Opt. Soc. Am. A 12 1559

  • [1]

    Love G D 1997 Appl. Opt. 36 1517

    [2]

    Prieto P, Fernandez E, Manzanera S, Artal P 2004 Opt. Express 12 4059

    [3]

    Schmidt J, Goda M, Duncan B 2007 Appl. Opt. 46 2423

    [4]

    Cai D M, Ning N, Jiang W H 2008 Acta Phys. Sin. 57 897 (in Chinese) [蔡冬梅, 凌宁, 姜文汉 2008 57 897]

    [5]

    Li C, Xia M, Mu Q, Jiang B, Xuan L, Cao Z 2009 Opt. Express 17 10774

    [6]

    Liu C, Hu L, Mu Q, Cao Z, Xuan L 2011 Appl. Opt. 50 82

    [7]

    Mu Q, Cao Z, Peng Z, Liu Y, Hu L, Lu X, Xuan L 2010 Opt. Commun. 283 2017

    [8]

    Mu Q, Cao Z, Li D, Hu L, Xuan L 2008 Appl. Opt. 47 4279

    [9]

    Li C, Xia M, Li D, Mu Q, Xuan L 2010 J. Biomed. Opt. 15 046009-1

    [10]

    Jiang B G, Cao Z L, Mu Q Q, Li C, Xia M L 2008 Opt. Precis. Eng. 16 1805 (in Chinese) [姜宝光, 曹召良, 穆全全, 李抄, 夏明亮 2008 光学精密工程 16 1805]

    [11]

    Jorgenson M, Aitken G 1992 Opt. Lett. 17 466

    [12]

    Schwartz C, Baum G, Ribak E N 1994 J. Opt. Soc. Am. A 11 444

    [13]

    Aitken G J, McGaughey D 1995 Proceedings of Topical Meeting on Adaptive Optics 54 89

    [14]

    Paschall R, Anderson D 1993 Appl. Opt. 32

    [15]

    Wild W 1996 Opt. Lett. 21 1433

    [16]

    Dessenne C, Madec P Y, Rousset G 1997 Opt. Lett. 22 1535

    [17]

    Dessenne C, Madec P Y, Rousset G 1998 Appl. Opt. 37 4623

    [18]

    Dessenne C, Madec P Y, Rousset G 1999 Opt. Lett. 24 339

    [19]

    Poyneer L, Véran J 2008 J. Opt. Soc. Am. A 25 1486

    [20]

    Jorgenson M B, Aitken G J M 1992 Proc. SPIE 1706 113

    [21]

    Montera D, Welsh B, Roggemann M, Ruck D 1997 Appl. Opt 36 675

    [22]

    McGuire P, Rhoadarmer T, Coy H, Angel J, Lloyd-Hart M 2000 Proc. SPIE 4007 682

    [23]

    Cheng S Y, Cao Z L, Hu L F, Mu Q Q, Li P F, Xuan L 2010 Opt. Precis. Eng. 18 1060 (in Chinese) [程少园, 曹召良, 胡立发, 穆全全, 李鹏飞, 宣丽 2010 光学精密工程 18 1060]

    [24]

    Li C H, Xian H, Jiang W H, Rao C H 2007 Acta Phys. Sin. 56 4289 (in Chinese) [李超宏, 鲜浩, 姜文汉, 饶长辉 2007 56 4289]

    [25]

    Liu C, Hu L F, Mu Q Q, Cao Z L, Gao F, Wang Y W, Xuan L 2010 Opt. Precis. Eng. 18 2200 (in Chinese) [刘超, 胡立发, 穆全全, 曹召良, 高峰, 王永伟, 宣丽 2010 光学精密工程 18 2200]

    [26]

    Gendron E 1994 Astron. Astrophys. 48 187

    [27]

    Conan J M, Rousset G, Madec P-Y 1995 J. Opt. Soc. Am. A 12 1559

  • [1] 陈克乐, 周家辉, 韩文雨, 饶学军, 郭友明, 饶长辉. 自适应光学系统最优模式增益的快速估计方法.  , 2023, 72(13): 139502. doi: 10.7498/aps.72.20230290
    [2] 方波浪, 王建国, 冯国斌. 基于物理信息神经网络的光斑质心计算.  , 2022, 71(20): 200601. doi: 10.7498/aps.71.20220670
    [3] 何婷, 田博宇, 邱蝶, 张彬. 基于直角锥面变形镜的薄管激光光束质量提升新方法.  , 2021, 70(17): 179501. doi: 10.7498/aps.70.20210603
    [4] 赵旺, 董理治, 杨平, 王帅, 许冰. 基于瀑布型多重网格加速的复指数波前复原算法.  , 2019, 68(10): 104209. doi: 10.7498/aps.68.20182137
    [5] 张艳艳, 陈苏婷, 葛俊祥, 万发雨, 梅永, 周晓彦. 自适应非凸稀疏正则化下自适应光学系统加性噪声的去除.  , 2017, 66(12): 129501. doi: 10.7498/aps.66.129501
    [6] 刘章文, 李正东, 周志强, 袁学文. 基于模糊控制的自适应光学校正技术.  , 2016, 65(1): 014206. doi: 10.7498/aps.65.014206
    [7] 唐艳秋, 孙强, 赵建, 姚凯男. 一种基于全息术的光学系统闭环像差补偿方法.  , 2015, 64(2): 024206. doi: 10.7498/aps.64.024206
    [8] 郭友明, 饶长辉, 鲍华, 张昂, 魏凯. 一种自适应光学系统响应矩阵的直接计算方法.  , 2014, 63(14): 149501. doi: 10.7498/aps.63.149501
    [9] 郭友明, 马晓燠, 饶长辉. 自适应光学系统倾斜校正回路的最优闭环带宽.  , 2014, 63(6): 069502. doi: 10.7498/aps.63.069502
    [10] 王宇煜, 高妍琦, 朱海东, 卢兴华, 张军勇, 郭亚晶, 惠宏超, 朱宝强. 包含波面校正的四程放大系统的准直问题研究.  , 2013, 62(5): 055201. doi: 10.7498/aps.62.055201
    [11] 简小华, 崔崤峣, 向永嘉, 韩志乐. 自适应多光谱光声成像技术研究.  , 2012, 61(21): 217801. doi: 10.7498/aps.61.217801
    [12] 刘超, 胡立发, 曹召良, 穆全全, 彭增辉, 宣丽. 快速响应的硅基纯相位液晶器件对动态大气湍流波前的校正能力研究.  , 2012, 61(8): 089501. doi: 10.7498/aps.61.089501
    [13] 卢婧, 李昊, 何毅, 史国华, 张雨东. 超分辨率活体人眼视网膜共焦扫描成像系统.  , 2011, 60(3): 034207. doi: 10.7498/aps.60.034207
    [14] 王建新, 白福忠, 宁禹, 黄林海, 姜文汉. 无调制两面锥波前传感器的衍射理论分析和数值仿真.  , 2011, 60(2): 029501. doi: 10.7498/aps.60.029501
    [15] 张艳艳, 饶长辉, 李梅, 马晓燠. 基于电子倍增电荷耦合器件的哈特曼-夏克波前传感器质心探测误差分析.  , 2010, 59(8): 5904-5913. doi: 10.7498/aps.59.5904
    [16] 白福忠, 饶长辉. 针孔直径对自参考干涉波前传感器测量精度的影响.  , 2010, 59(6): 4056-4064. doi: 10.7498/aps.59.4056
    [17] 白福忠, 饶长辉. 自参考干涉波前传感器中针孔直径对闭环自适应光学系统校正精度的影响.  , 2010, 59(11): 8280-8286. doi: 10.7498/aps.59.8280
    [18] 宁禹, 余浩, 周虹, 饶长辉, 姜文汉. 20单元双压电片变形镜的性能测试与闭环校正实验研究.  , 2009, 58(7): 4717-4723. doi: 10.7498/aps.58.4717
    [19] 蔡冬梅, 凌 宁, 姜文汉. 纯相位液晶空间光调制器拟合泽尼克像差性能分析.  , 2008, 57(2): 897-903. doi: 10.7498/aps.57.897
    [20] 李超宏, 鲜 浩, 姜文汉, 饶长辉. 用于白天自适应光学的波前探测方法分析.  , 2007, 56(7): 4289-4296. doi: 10.7498/aps.56.4289
计量
  • 文章访问数:  7835
  • PDF下载量:  524
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-08-23
  • 修回日期:  2011-09-29
  • 刊出日期:  2012-06-05

/

返回文章
返回
Baidu
map