全光二维负反馈系统关键技术研究

论文摘要

全光二维负反馈系统是用低精度光学器件实现高精度光学图像处理的重要工具,具有高速、并行的优点,与仿射线性变换结合可以实现真正的二维负反馈图像迭代函数系统(IFS),IFS是研究分形与混沌动力系统的核心与关键技术。全光二维负反馈系统是光学反馈系统和自适应光学校正系统的结合,其中光学反馈系统构成全光闭环回路,体现全光的超高速信息处理速度;自适应光学校正系统实现光波波面的相位调节,实现真正的二维负反馈。论文设计了一种全光二维负反馈系统,对实现负反馈的波前传感器和波前校正器进行了外特性仿真,对整个光学系统进行了理论推导和仿真,分析了系统的性能。主要研究内容如下:1.分析比较了三类光学反馈系统,为了利用光的相位信息实现负反馈,采用相干光反馈系统进行改进,设计了一种全光二维负反馈系统,并推导了系统传递函数;2.分析了几种波前传感技术,选择夏克哈特曼波前传感器作为该系统的波前探测器,并结合市场提供的产品具体参数进行外特性仿真,其中包括Zernike拟合相位波面,质心算法,波前重构的仿真;3.介绍了新型波前校正器件液晶空间光调制器,结合产品具体参数进行外特性仿真,提出一种相位校正算法,并应用于光学4f系统,通过仿真验证相位型校正器可以改善4f系统的成像质量;4.结合自适应光学校正系统和相干光反馈系统,对构成的全光二维负反馈系统进行仿真,分析开环和闭环两种情况下,系统的输出图像质量的变化情况,以及不同输入图像的输出结果。论文的创新之处是提出了相干光学反馈系统与自适应光学校正系统相结合,实现全光二维负反馈,用以降低系统相干噪声,提高系统精度,为实现高精度光计算奠定基础,论文对波前传感器和相位校正器结合产品参数进行外特性仿真,并将相位校正器应用于4f系统,校正了系统的像差,提高了系统的成像质量。通过理论分析和仿真,论文对全光二维负反馈系统的关键组成器件以及整个系统的性能进行了预研,为今后全光二维负反馈系统与仿射线性变换相结合实现迭代函数系统奠定了基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光学图像处理
• 1.3 自适应光学系统的发展和应用
• 1.4 光反馈的发展及应用
• 1.5 本课题的研究意义和主要内容
• 2 光学反馈系统的研究
• 2.1 引言
• 2.2 光学反馈系统
• 2.2.1 光学反馈系统基本模型
• 2.2.2 光学反馈系统理论分析
• 2.3 光学反馈系统的分类
• 2.3.1 相干光反馈系统
• 2.3.2 非相干光反馈系统
• 2.3.3 准相干光反馈系统
• 2.4 光学反馈系统设计
• 2.4.1 二维光学负反馈的实现
• 2.4.2 光学负反馈系统设计
• 2.5 本章小结
• 3 夏克哈特曼波前传感器的仿真
• 3.1 引言
• 3.2 波前的 Zernike 表示
• 3.2.1 波前像差
• 3.2.2 Zernike 多项式
• 3.3 光波波前探测技术
• 3.3.1 光波波前探测技术分类
• 3.3.2 夏克哈特曼波前探测技术原理
• 3.3.3 波前重构技术
• 3.4 夏克哈特曼波前探测器的Matlab 仿真
• 3.4.1 夏克哈特曼传感器的分布模型
• 3.4.2 仿真实验
• 3.4.3 实验结果与分析
• 3.5 本章小结
• 4 基于液晶空间光调制器的系统像差校正仿真
• 4.1 引言
• 4.2 纯相位型液晶空间光调制器
• 4.2.1 液晶对光波的调节
• 4.2.2 BNS 向列型纯相位液晶空间光调制器（BNS SLM）
• 4.2.3 BNS SLM 仿真实验结果及分析
• 4.3 相位畸变对理想 4f 系统输出的影响
• 4.3.1 经典4f 系统模型
• 4.3.2 相位畸变对4f 系统输出图像质量的影响
• 4.4 液晶纯相位型空间光调制器去除 4f 系统噪声的仿真
• 4.4.1 一种新的校正算法
• 4.4.2 实验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 5 光学图像负反馈系统的设计与仿真
• 5.1 引言
• 5.2 光学图像反馈系统
• 5.3 光学图像负反馈系统的设计
• 5.3.1 自适应光学图像处理系统
• 5.3.2 全光二维负反馈系统的实现
• 5.4 仿真实验及结果分析
• 5.4.1 理想波前重构情况下图像反馈系统的输出仿真
• 5.4.2 不同输入图像及光波矢量夹角不同时负反馈系统的仿真
• 5.5 本章小结
• 6 总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录