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第1章 自适应光学原理 1

1.1 自适应光学的起源 1

1.2 自适应光学技术的发展历程 3

1.3 现代自适应光学系统的组成 5

1.3.1 波前传感器 6

1.3.2 波前校正器 7

1.3.3 波前控制器 8

1.4 自适应光学技术的应用 9

1.4.1 用于天文观测的自适应光学系统 9

1.4.2 用于激光装置的自适应光学系统 10

1.4.3 用于人眼像差操控的自适应光学系统 11

1.4.4 用于激光通信的自适应光学系统 11

1.4.5 用于激光加工的自适应光学系统 12

1.4.6 自适应光学系统单元技术应用 12

参考文献 13

第2章 波前像差与激光光束质量 17

2.1 光学系统的波前像差 17

2.1.1 波前像差概述 17

2.1.2 波前像差的Zernike多项式描述 17

2.2 激光的光束质量 19

2.2.1 激光光束质量评价方法 19

2.2.2 激光光束质量测量的主要方法 23

2.3 波前像差与光束质量β因子的关系 24

2.3.1 静态Zernike像差与光束质量β因子的关系 24

2.3.2 动态Zernike像差与光束质量β因子的关系 26

参考文献 29

第3章 波前校正器技术 32

3.1 波前校正器的早期发展 32

3.2 常规变形镜 33

3.3 常规变形镜的驱动技术 34

3.3.1 压电材料驱动器 34

3.3.2 电致伸缩材料驱动器 36

3.3.3 磁致伸缩材料驱动器 36

3.4 变形镜的技术指标 38

3.5 其他结构形式的变形镜 39

3.5.1 静电驱动的薄膜变形镜 40

3.5.2 双压电片变形镜 40

3.5.3 音圈电机驱动的变形镜 43

3.5.4 基于MEMS技术的微变形镜 44

3.5.5 液晶空间光调制器 46

3.5.6 其他结构形式的变形镜 46

3.6 变形镜的主要研制单位 47

3.7 国内变形镜发展概况 49

3.8 高速倾斜镜技术 51

3.8.1 倾斜镜的结构 51

3.8.2 倾斜镜的性能指标 51

3.8.3 新型倾斜镜 52

3.9 波前校正器镀膜技术 53

3.9.1 镀膜要求 53

3.9.2 波前校正器的膜系设计 54

3.9.3 波前校正器的薄膜制备 54

3.10 波前校正器的高压驱动技术 56

3.10.1 波前校正器高压驱动系统工作原理 56

3.10.2 波前校正器高压驱动系统主要性能 57

参考文献 57

第4章 波前传感器技术 60

4.1 波前传感器的工作原理 60

4.1.1 概述 60

4.1.2 波前传感器的分类及工作原理 60

4.2 基于干涉原理的波前传感技术 66

4.2.1 基于干涉原理的相位提取方法 66

4.2.2 点衍射干涉波前探测技术 73

4.2.3 剪切干涉波前探测技术 75

4.3 基于焦面成像的波前传感技术 84

4.3.1 基于焦面成像的相位反演技术 84

4.3.2 基于焦面成像的相位差反演技术 85

4.3.3 新型基于焦面成像的相位差反演技术 86

4.3.4 棱锥波前传感器技术 95

参考文献 98

第5章 哈特曼波前传感器技术 101

5.1 哈特曼波前传感器工作原理 101

5.2 哈特曼波前传感器波前复原方法 102

5.2.1 区域法 103

5.2.2 Zernike模式波前复原算法 106

5.3 哈特曼波前传感器性能参数 108

5.4 哈特曼波前传感器的标定 110

5.4.1 哈特曼波前传感器的标定概述 110

5.4.2 球面波前标定哈特曼波前传感器的基本原理 111

5.5 哈特曼波前传感器的误差分析 112

5.5.1 哈特曼波前传感器的误差组成 112

5.5.2 微透镜阵列对波前的空间采样误差 112

5.5.3 重构矩阵的误差传递系数 114

5.5.4 质心探测误差分析 115

5.5.5 高斯光斑质心探测阈值的选取 119

5.6 哈特曼波前传感器技术的应用和未来发展 122

参考文献 123

第6章 自适应光学信号处理与控制技术 126

6.1 自适应光学信号处理与控制的任务 126

6.2 自适应光学的图像处理和斜率计算 127

6.2.1 图像处理技术 127

6.2.2 斜率提取算法 128

6.2.3 高速实时波前斜率的实现 129

6.3 自适应光学的实时波前复原技术 130

6.3.1 实时波前复原的算法 131

6.3.2 高速实时波前复原的实现 132

6.3.3 实时波前复原处理平台选取 135

6.4 自适应光学的实时控制技术 136

6.4.1 基于波前传感器的实时控制技术 136

6.4.2 无波前探测实时控制技术 141

6.5 自适应光学信号处理技术的发展趋势 156

参考文献 158

第7章 惯性约束聚变激光系统中的光束控制 161

7.1 惯性约束聚变激光系统中光束控制的特点和需求 161

7.1.1惯性约束聚变系统概述 161

7.1.2惯性约束聚变激光驱动器中的光束控制需求 163

7.2 ICF固体激光装置中光束控制的关键技术 164

7.2.1 ICF固体激光装置中的波前控制方式 164

7.2.2 基于远场优化的光束波前控制技术 167

7.2.3 基于波前相位的光束波前控制技术 169

7.2.4 哈特曼波前传感器与变形镜自动对准技术 171

7.3 ICF激光驱动器波前控制的应用和未来发展 175

参考文献 175

第8章 化学激光的光束稳定和光束净化 177

8.1 化学激光操控的特点和需求 177

8.2 激光的光束净化技术 178

8.2.1 单级校正光束净化技术 178

8.2.2 两级校正光束净化技术 179

8.3 激光的光束稳定控制技术 193

8.3.1 高速倾斜反射镜的机械谐振现象 194

8.3.2 机械谐振的数学模型 194

8.3.3 机械谐振对控制带宽和控制稳定性的影响 195

8.3.4 抑制机械谐振的网络滤波方法 195

8.3.5 激光光束稳定控制实验 196

8.4 化学激光操控的应用和未来发展 199

参考文献 199

第9章 固体激光的光束操控 201

9.1 固体激光光束操控的特点和需求 201

9.2 固体激光光束操控的关键技术 203

9.2.1 腔内自适应光学技术 203

9.2.2 腔外自适应光学技术 206

9.3 固体激光光束操控的典型应用结果 210

9.3.1 腔内自适应光学的应用 210

9.3.2 腔外自适应光学的应用 219

参考文献 232

第10章 基于自适应光学的激光光束合成 234

10.1 激光光束合成简介 234

10.2 激光相干合成技术 234

10.2.1 用于相干合成的自适应光学校正器 234

10.2.2 基于干涉测量法的相干合成技术 242

10.2.3 基于修正PR算法的相干合成技术 247

10.2.4 基于光强极值法的相干合成技术 249

10.2.5 基于SPGD算法的相干合成技术 254

10.2.6 基于目标在回路控制的相干合成 257

10.3 激光非相干合成技术 261

10.3.1 激光非相干合成简介 261

10.3.2 基于光束稳定闭环控制的激光束共孔径合成技术 262

10.3.3 基于光束稳定闭环控制的激光束孔径拼接合成技术 266

10.4 激光光束合成的未来发展 267

参考文献 267

第11章 大口径望远镜自适应光学技术 269

11.1 大口径望远镜自适应光学简介 269

11.2 大口径望远镜自适应光学系统主要参数的确定 273

11.2.1 大气湍流的基本参数 273

11.2.2 自适应光学系统主要参数的确定 275

11.3 大口径望远镜自适应光学的主要新技术 279

11.3.1 激光导引星技术 279

11.3.2 多层共轭自适应光学技术 282

11.3.3 相关哈特曼波前探测技术 285

11.4 我国大口径望远镜自适应光学系统概况 287

11.4.1 夜天文自适应光学系统 287

11.4.2 太阳自适应光学系统 290

参考文献 292

第12章 激光大气传输自适应光学技术 295

12.1 大气传输对激光光束质量的影响 295

12.1.1大气湍流效应对激光传输的影响 295

12.1.2光束抖动对光束质量的影响 297

12.1.3大气湍流动态像差对光束质量的影响 304

12.2 激光大气传输与自适应光学校正的数值仿真 311

12.2.1数值仿真的意义 311

12.2.2激光大气传输与自适应光学校正数值仿真的研究概况 311

12.2.3湍流大气中光波传输的基本物理模型 311

12.2.4大气湍流畸变相位屏的基本实现方法 313

12.2.5自适应光学系统的数值仿真 318

12.2.6数值仿真实验设计 321

参考文献 322

第13章 人眼像差操控及其应用 325

13.1 人眼像差描述 325

13.2 人眼像差测量技术 327

13.2.1 主观测量技术 327

13.2.2 客观测量技术 329

13.3 人眼像差校正视网膜高分辨力成像 332

13.3.1 自适应光学眼底相机 333

13.3.2 自适应光学共焦扫描成像 337

13.3.3 自适应光学相干层析 340

13.4 人眼像差操控与视功能 341

13.4.1 单眼自适应光学视觉仿真器 343

13.4.2 双眼自适应光学视觉仿真器 346

13.4.3 人眼像差自适应光学矫正结合视知觉学习训练提高视力 349

13.5 自适应光学人眼像差操控技术展望 354

参考文献 354