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高能千瓦级激光系统中的光束整形 - ...
摘要 在高能千瓦平均功率纳秒激光系统 Bivoj 中实现了一种基于硅空间光调制器上液晶的全自动故障安全光束整形系统。整形系统可校正系统前端的增益不均匀性和波前像差。通过整形，成功改善了前端输出处的光束强度分布和波前。由光束质量参数定义的光束均匀性提高了两到三倍。波前的均方根值提高了 10 倍以上。因此，来自第二个前置放大器的整形光束导致第一个主低温放大器输出处的光束轮廓得到改善。整形系统还能够创建非普通光束形状、在光束中印记交叉引用或屏蔽光束的某些部分。
通过散射矩阵方法实现非线性散射介质中的非线性谐波操控
摘要。由于介质不均匀性而导致的波（例如光）的散射在物理学中普遍存在，并且被认为对许多应用有害。波前整形技术是一种强大的工具，可以消除散射并通过非均匀介质聚焦光，这对于光学成像、通信、治疗等至关重要。基于散射矩阵 (SM) 的波前整形在处理线性区域中的动态过程中非常有用。然而，在非线性介质中控制光的这种方法的实现仍然是一个挑战，至今尚未被探索。我们报告了一种确定具有二阶非线性的非线性散射介质的 SM 的方法。我们通过实验证明了其在波前控制中的可行性，并通过强散射二次介质实现了非线性信号的聚焦。此外，我们表明该 SM 的统计特性仍然遵循随机矩阵理论。非线性散射介质的散射矩阵方法为非线性信号恢复、非线性成像、微观物体跟踪和复杂环境量子信息处理开辟了道路。
引文：Morgan, Rachel, Douglas, Ewan, Allan, Gregory, do Vale Pereira, Paula, Gubner, Jennifer 等人。2021 年。“光学校准和第一道光
摘要。微机电系统 (MEMS) 可变形镜 (DM) 可通过小型、低功耗设备提供高精度波前控制。这使得它们成为未来太空望远镜的关键技术选择，这些望远镜需要自适应光学系统，以便使用日冕仪对系外行星进行高对比度成像。可变形镜演示任务 (DeMi) CubeSat 有效载荷是一种微型太空望远镜，旨在首次在太空中展示 MEMS DM 技术。DeMi 有效载荷包含一个 50 毫米主镜、一个内部校准激光源、一个来自波士顿微机械公司的 140 个执行器 MEMS DM、一个图像平面波前传感器和一个 Shack - Hartmann 波前传感器 (SHWFS)。DeMi 有效载荷的关键要求是测量单个执行器波前位移贡献，精度为 12 nm，并将空间中的静态和动态波前误差校正到小于 100 nm RMS 误差。 DeMi 任务将把 MEMS DM 技术的技术就绪水平从五级提升到至少七级，以适应未来的太空望远镜应用。我们总结了 DeMi 光学有效载荷的设计、校准、光学衍射模型、对准、集成、环境测试和来自空间操作的初步数据。地面测试数据表明，DeMi SHWFS 可以测量 MEMS DM 上的各个执行器偏转，误差在干涉校准测量值的 10 nm 以内，并且可以满足 0 到 120 V 之间执行器偏转电压 12 nm 精度任务要求。整个环境测试中的有效载荷数据表明，MEMS DM 和 DeMi 有效载荷经受住了环境测试，并为与空间数据进行比较提供了宝贵的基线。来自空间操作的初始数据显示，MEMS DM 在空间中驱动，来自空间的各个执行器测量值与等效地面测试数据之间的平均一致性为 12 nm。© 作者。由 SPIE 根据知识共享署名 4.0 未移植许可证发布。分发或复制本作品的全部或部分内容需要注明原始出版物的归属，包括其 DOI。[DOI：10.1117/1.JATIS.7.2.024002]
存在散斑和弱闪烁的闭环自适应光学
散斑是一种干涉现象，由相干照明从物体平面的光学粗糙表面散射而产生。传播到光瞳平面后，背向散射的光线自干涉形成亮斑和暗斑，这些斑块被称为“散斑”。假设照明为准单色，且表面高度变化超过光波长的一半，则散斑图案将“完全显现”，对比度趋于一致。在非合作定向能应用中，散斑充当乘性噪声，对图像质量[2]和轨迹质量[3]产生有害影响。给定一个扩展信标，自适应光学系统必须分别感测和校正大气引起的相位像差（导致闪烁）和物体引起的相位像差（导致散斑）。然而，波前传感器（在自适应光学系统内）实际测量和重建的是来自两个相位像差源的路径积分贡献的总和。例如，夏克-哈特曼波前传感器 (SHWFS) 使用单独的小透镜将接收器孔径划分为子孔径，这些子孔径对入射波前进行采样，并将样本聚焦到探测器阵列上。
具有简便制造参数的逆向设计超表面
摘要 光学超表面是平面纳米结构器件，具有工业吸引力，部分原因是它们利用高通量微电子制造技术来实现。因此，开发能够平衡高效波前响应实现和器件可制造性的设计范例至关重要。我们引入了一种基于梯度的自由曲面超表面设计框架，其中纳米级元素明确限制为基本形状、几乎均匀的特征尺寸和极低的纵横比。尽管超表面几何特征看似均匀，但这些器件能够利用非局部近场光耦合实现超越传统设计方法的高效和极端波前散射。利用这种方法，我们设计了简单的高数值孔径器件，例如能够实现衍射极限聚焦的光束偏转器和大面积超透镜。我们预计这些概念可以促进超表面的设计和集成到单片光学系统中。
扩散介质中光学反射的相干增强
反射波用于从地壳到人脑等各种扩散介质中的传感和成像。将光源和探测器分开会增加光的穿透深度，但信号强度会迅速下降，导致信噪比较差。本文，我们通过实验和数值表明，对入射到扩散样品上的激光束进行波前整形可以使反射率在高达 10 个传输平均自由程的深度处提高一个数量级。我们开发了一个预测最大反射率增强的理论模型。我们的分析表明，反射波对扩散介质深处局部吸收变化的灵敏度有显著提高。这项工作说明了相干波前控制在非侵入式扩散波成像应用（如扩散光学断层扫描和功能性近红外光谱）中的潜力。
使用瞳孔平面波前数据导出动态测距瑞利信标弗里德参数值的湍流剖面分析
摘要。大气湍流通常会阻碍远距离光学成像应用。湍流对成像系统的影响可以表现为图像模糊效应，通常通过系统中存在的相位失真来量化。模糊效应可以根据沿传播路径测量的大气光学湍流强度及其对成像系统内相位扰动统计的影响来理解。获取这些测量值的一种方法是使用动态范围的瑞利信标系统，该系统利用沿传播路径的战略性变化的信标范围，有效地获得影响光学成像系统的像差的估计值。我们开发了一种从动态范围的瑞利信标系统中提取断层扫描湍流强度估计值的方法，该系统使用 Shack - Hartmann 传感器作为相位测量装置。介绍了从快速序列中获得的战略性范围变化的信标测量中提取断层扫描信息的基础，以及典型湍流场景的建模示例。此外，处理算法还用于模拟孤立强湍流层的识别。我们介绍了所选处理算法的基础，并讨论了该算法作为大气湍流分析方法的实用性。© 作者。由 SPIE 根据 Creative Commons Attribution 4.0 Unported 许可证出版。分发或复制本作品的全部或部分内容需要完全署名原始出版物，包括其 DOI。[DOI：10.1117/1.OE.59.8.081807]
Fe3+/ Fe div>的定量电子微探针分析
摘要：定量相成像实现了大体积内单个纳米对象的精确和无标记的特征，而没有对样品或成像系统的先验知识。虽然出现的共同路径实现足够简单，足以承诺进行广泛的传播，但它们的相位灵敏度仍然缺乏精确地估算单次摄取中囊泡，病毒或纳米颗粒的质量或极化性。在本文中，我们重新审视了最初专为仅强度检测器而设计的Zernike过滤概念，目的是将其调整为波前成像。我们通过基于高分辨率波前传感的数值模拟和实验来证明，简单的傅立叶平面附加组件可以显着提高对数量级增加（×12）实现的亚法物体的相位敏感性（×12），同时允许强度和相位的定量回收。这种进步允许更精确的纳米对象检测和计量学。关键字：定量相成像，灵敏度增加，纳米颗粒，散射对比度，单纳米对象
通过湍流大气传播引起的抖动
AAOL-BC被用来进行实验，该实验试图测量激光束上的大气诱导的抖动。波前的激光束，该激光束在两架飞机之间在不同的高度和分离处繁殖。提出了用于提取湍流诱导抖动的数据处理程序，并使用所得的抖动和高阶波浪畸变来提取湍流参数，例如c n 2和r 0。使用这些各种方法的湍流数量与文献进行了比较。表明，在较低高度和大型飞机分离处收集的数据导致高达5μrad的倾斜到激光束。使用测得的大气诱导的抖动，提取了C N 2值，与文献中普遍存在的模型（例如HV57）融合在一起。使用高阶波前统计近似C n 2的值高于由于飞机周围的空气光学和空气声环境污染而导致的湍流模型所预测的值。