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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