大行程大阵列驱动磁液变形镜系统关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51675321
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0512.微纳机械系统
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Adaptive optics (AO) systems use the deformable mirror to correct the wavefront aberration, which have been successfully applied in the areas such as high quality imaging, laser shaping and free space laser communication, etc. However, the currently used solid mirrors have the disadvantages of low stroke, high cost per actuator and difficulty of scalability, etc. Confronted with these limitations, an innovative liquid mirror technology that utilized the concept of magnetic fluid deformation shaped with magnetic fields has been proposed recently for precise aberration correction. These magnetic fluid deformable mirrors (MFDMs) have major advantages over solid ones with large strokes, low cost per actuator and ease of scalability. This proposal will study some key problems in building MFDMs with (ultra-) high stroke and large actuator array property. The first objective involves the development of a comprehensive model of the MFDM surface shape response to the applied control magnetic field. Through the dynamic property analysis based on the analytical model, the optimal design of MFDM with large stroke and large actuator array properties can then be formulated. The second object is to develop the corresponding distributed linearized state space model within an infinite input-output dimension, based on which an optimal distributed shape control algorithm is further proposed. The robustness and optimal control performance of the resulting closed loop system with the distributed control approach will be analyzed. The third objective concerns the design and development of a prototype MFDM to be used in the validation of the mirror model and in the evaluation of the designed controllers. It also includes the design and assembly of an experimental AO setup to test the performance of the MFDM for potential applications,such as the retinal imaging and astronomical imaging.
自适应光学技术利用变形镜来实时校正光束的波前像差,在高清晰成像、激光整形和激光通讯等领域得到广泛的应用,但现今使用的固态变形镜存在变形幅度小、制造成本高和不易扩展等缺点,而基于纳米磁性液体的液态变形镜技术通过控制磁液周边的磁场使液体表面发生变形,从而实现精确的像差校正功能,相比固态镜有变形幅度大、制造成本低、易于扩展和布局等优点。本课题将对研制具有大行程大阵列驱动特征的磁液变形镜系统若干关键问题进行研究,包括建立大行程下磁液变形镜多场耦合解析动力学模型及进行相应的动力学特性分析;推导系统无穷维状态空间表述的分布式线性化模型,并提出有效的分布式优化控制算法;探索大行程大阵列驱动磁液变形镜性能优化的设计方法,针对视网膜高清晰成像和亚精密天文望远镜成像中的像差特征分别优化设计和制作原型样机;以潜在的实际应用为背景,搭建实验平台验证变形镜的性能,及建模理论和控制方法的有效性。

结项摘要

自适应光学技术利用波前校正器来完成对光波波前的实时校正和控制,从而使光学系统自动适应外界环境的变化,实现达到衍射极限的成像能力或精确的光束控制能力。波前校正器作为自适应光学系统中的关键部件,其动态性能和校正精度对系统的整体性能和应用范围起着决定性的作用。现有两种基本的波前校正器为固态变形镜和液晶空间相位调节器,然而受器件材料和制造技术条件的限制,目前波前校正器的校正幅值普遍较小,在有限孔径内难以开发出同时具有大行程量和高空间驱动分辨率的单一波前校正器件。. 本项目利用磁性液体既具有液体的流动性,又具有可以被外磁场磁化而拥有磁性的特点,通过改变磁性液体周围的磁场来精确控制磁性液体表面的变形,从而设计出同时具有大行程量和高空间驱动分辨率的单一波前校正器件。本项目以磁液变形镜在自适应光学中的应用为背景,重点探索了磁液镜面在大行程工作条件下的多场耦合动力学特性,建立了变形镜多输入多输出解析动力学模型。推导了驱动变量为无穷维情况下的系统分布式模型,针对有波前传感器和无波前传感器的应用环境,分别提出了基于波前检测的分布式Youla参数化自适应控制方法和无波前检测的迭代式控制方法。基于推导的变形镜动力学模型,提出了大行程和大阵列驱动的磁液变形镜系统参数优化设计和制作方法,为提高磁液变形镜的镜面反射率,提出了一种液面自组装的液态状银纳米薄膜配置方法。以磁液变形镜在光镊微操作系统、自适应光学共聚焦扫描生物显微成像系统和液态天文望远镜像差校正应用为背景,分别搭建了相应的自适应光学试验平台,试验验证了磁液变形镜的像差校正性能及像差校正控制方法的有效性。. 相比于传统的固态变形镜和液晶空间光调制器,本项目提出的磁液变形镜具有镜面连续平滑、变形行程大、制造成本低、驱动器易扩展等优点,有望在自适应光学领域得到成功的应用。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(10)
专利数量(3)
Magnetic Fluid Deformable Mirror with a Two-Layer Layout of Actuators
具有两层驱动器布局的磁流体变形镜
  • DOI:
    10.3390/mi8030072
  • 发表时间:
    2017-03-02
  • 期刊:
    Micromachines
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Wu Z;Kong X;Zhang Z;Wu J;Wang T;Liu M
  • 通讯作者:
    Liu M
基于磁液变形镜生成弯曲轨迹自加速类贝塞尔光束
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏祥;吴智政;曹战;王园园;DzikiMbemba
  • 通讯作者:
    DzikiMbemba
Laser beam shaping with magnetic fluid-based liquid deformable mirrors
使用基于磁流体的液体可变形镜进行激光束整形
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/26/7/074201
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Wu Zhi-Zheng;Zhang Zhu;Kong Xiang-Hui;Wu Jun-Qiu;Wang Tao;Liu Mei;Xie Shao-Rong
  • 通讯作者:
    Xie Shao-Rong
Deep learning-based automated detection of glaucomatous optic neuropathy on color fundus photographs
基于深度学习的彩色眼底照片青光眼视神经病变自动检测
  • DOI:
    10.1007/s00417-020-04609-8
  • 发表时间:
    2020-01-27
  • 期刊:
    GRAEFES ARCHIVE FOR CLINICAL AND EXPERIMENTAL OPHTHALMOLOGY
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Li, Feng;Yan, Lei;Zhou, Kaiqian
  • 通讯作者:
    Zhou, Kaiqian
Youla parameterized adaptive vibration suppression with adaptive notch filter for unknown multiple narrow band disturbances
Youla 参数化自适应振动抑制,具有自适应陷波滤波器,用于未知的多重窄带干扰
  • DOI:
    10.1177/1077546318794539
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Journal of Vibration and Control
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Wu Zhizheng;Zhang Maotong;Chen Zhenyou;Wang Pei
  • 通讯作者:
    Wang Pei

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其他文献

一维纳米材料组装技术的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘梅;周林峰;彭艳;吴智政
  • 通讯作者:
    吴智政
下肢康复机器人步态轨迹自适应控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    仪器仪表学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李峰;吴智政;钱晋武
  • 通讯作者:
    钱晋武
基于Youla参数化的自适应循迹伺服控制器设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    计算机仿真
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭飞;吴智政;王璐
  • 通讯作者:
    王璐
抗碰振约束的聚焦伺服优化控制器设计与仿真
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    系统仿真学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王璐;吴智政;彭飞
  • 通讯作者:
    彭飞
非焊接式纳米线机械性能测试器件结构设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    传感技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜林;饶进军;吴智政;刘梅;曹宁
  • 通讯作者:
    曹宁

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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