[發(fā)明專利]一種基于組合棱鏡的相位差波前傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210027766.X
• 申請(qǐng)日: 2012-02-07
• 公開（公告）號(hào): CN102564612A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅群;饒長(zhǎng)輝;王曉華;顧乃庭;黃林海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01J9/00
• 分類號(hào): G01J9/00;G02B27/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 李新華;成金玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于相位差的波前傳感器，特別是一種基于組合棱鏡的相位差波前傳感器。

背景技術(shù)

相位差波前傳感器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)光源無(wú)特殊要求以及測(cè)量精度較高，作為一種波前傳感器被應(yīng)用于自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域。Gonsalves?R?A在“Wavefront?sensing?by?phase?retrieval”，in?Applications?of?Digital?Image?Processing?III，Proc.SPIE，vol.207，1979和“Phase?retrieval?and?diversity?in?adaptive?optics”O(jiān)pt?Eng，Vol.21，829-832，1982兩篇文章中提出在待測(cè)波前中添加已知大小的離焦像差，準(zhǔn)確測(cè)量得到焦面光強(qiáng)分布和多幅位于不同離焦面的光強(qiáng)分布，基于最小二乘估計(jì)提出采用GS迭代算法準(zhǔn)確復(fù)原出入射光束中的畸變波前，并將相位差波前檢測(cè)方法應(yīng)用于擴(kuò)展光源的相位檢測(cè)，同時(shí)可改善因像差引起的模糊圖像。

國(guó)內(nèi)外的研究工作者已經(jīng)對(duì)相位差波前檢測(cè)方法進(jìn)行了30年的研究，研究工作主要集中在改善算法性能和解決實(shí)際應(yīng)用的問(wèn)題等幾個(gè)方面。目前常用的相位差波前傳感器的光學(xué)結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：

(1)Richard?L.Kendrick，D.S.Acton和A.L.Duncan在“Phase?diversity?wavefront?sensor?for?imaging?systems”APPLIED?OPTICS，Vol.33，6533-6546，1994一文中使用相位差波前傳感器測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)像差，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用利用棱鏡分光經(jīng)將兩幅圖像分別成像于位于焦面和離焦面位置的兩個(gè)CCD成像探測(cè)器。雖然此方案的光路簡(jiǎn)單，但是需要兩個(gè)CCD成像探測(cè)器，增加了系統(tǒng)的成本。當(dāng)待測(cè)波前畸變?yōu)橛蓪?shí)時(shí)變化的大氣湍流引起的這類動(dòng)態(tài)像差時(shí)，為確保在大氣相干時(shí)間內(nèi)所采集的焦面和離焦面圖像為同時(shí)刻的目標(biāo)相，還需要附加控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)CCD成像探測(cè)器同步采集圖像，導(dǎo)致了相位差波前傳感器在結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性。

(2)Mats?G.Richard?L.Kendrick，Alex?Harwit，Keith?E.Mitchell和Alan?L.Duncan在“A?Phase?Diversity?Experiment?to?Measure?Piston?Misalignment?on?the?Segmented?Primary?Mirror?of?the?Keck?II?Telescope”in?Space?Telescopes?and?Instruments?V，Proc.SPIE，vol.3356，1-12，1998一文中使用相位差波前傳感器測(cè)量Keck?II望遠(yuǎn)鏡拼接主鏡的平移誤差，文中利用一個(gè)分光棱鏡和一個(gè)全反棱鏡組合使得兩幅圖像成像于一個(gè)CCD成像探測(cè)器。入射光束經(jīng)分光棱鏡分光后，透射光束按原方向成像于CCD光敏面上，反射光束經(jīng)全反棱鏡反射后也成像于CCD光敏面上。透射光束和反射光束之間的光程不同，調(diào)整CCD光敏面的位置則可同時(shí)采集到焦面圖像和離焦面圖像，改變分光棱鏡和全反棱鏡之間位置關(guān)系即可改變兩幅圖像之間的離焦量。此光學(xué)結(jié)構(gòu)雖然滿足了圖像采集的同步性需求，但是受限于CCD光敏面的大小，無(wú)法滿足較大離焦量的需求，棱鏡尺寸較小，加工難度極大。

(3)P?M.Blanchard，D?J.Fisher，S?C.Woods和A?H.Greenaway在”Phase?diversity?wavefront?sensing?with?a?distorted??diffraction”，APPLIED?OPTICS，Vol?39，6649-6655，2000一文中提出在相位差波前檢測(cè)光路中一塊離焦光柵，入射光束經(jīng)離焦光柵透射后產(chǎn)生具有不同焦距的多級(jí)衍射光束，使用一個(gè)CCD成像探測(cè)器就可以獲得離焦量對(duì)稱的多幅圖像。離焦量大小取決于入射光的波長(zhǎng)和光柵的周期。此方案對(duì)CCD光敏面尺寸的要求較高，光柵的加工難度較大，各級(jí)衍射光束容易相互干擾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)解決問(wèn)題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于組合棱鏡的相位差波前傳感器，采用了組合棱鏡與相位差波前傳感器相結(jié)合，簡(jiǎn)化了相位差波前傳感器的光學(xué)結(jié)構(gòu)，降低了分光器件的加工難度，改善了相位差波前傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)畸變波前的檢測(cè)能力，有效地?cái)U(kuò)展了相位差波前傳感器的應(yīng)用范圍。