[發(fā)明專利]基于相位差法的自適應光學系統(tǒng)近場波前傳感器標定裝置及標定方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210341460.1
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN102889935A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設計）人: 饒長輝;羅群;顧乃庭;鮑華
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;G01M11/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 賈玉忠;盧紀

1.一種基于相位差法的自適應光學系統(tǒng)近場波前傳感器標定裝置，其特征在于：包括波前校正器(1)、第一分光鏡(2)、近場波前傳感器(3)、波前控制器(4)、成像系統(tǒng)(5)和相位差波前傳感器(6)；相位差波前傳感器(6)與成像系統(tǒng)（5）共用成像光路；所述成像系統(tǒng)(5)包括成像器件(8)和位于成像系統(tǒng)焦面位置的第一成像探測器(8)；相位差波前傳感器(6)包括成像器件(7)、第二分光鏡(9)、第一成像探測器(8)、第二成像探測器(10)和計算機(11)；一束標定光束入射到波前校正器(1)表面，經波前校正器(1)反射后被第一分光鏡(2)分為透射光束和反射光束，其中透射光束正入射于近場波前傳感器(3)中，反射光束入射于成像系統(tǒng)(5)和相位差波前傳感器(6)中；所述標定光束是指經過一定手段處理之后的理想光束，其波前畸變較小，光強分布均勻；標定光束在經過第一分光鏡反射(2)后入射于成像系統(tǒng)(5)和相位差波前傳感器(6)中，成像器件(5)后方的匯聚光路中引入第二分光鏡(9)，透射光束仍然成像于焦面位置，反射光束成像于離焦位置，離焦面位置與相應焦面位置之間的距離為已知量，記為d；第一成像探測器(8)置于透射光束所在的焦面位置，用于測量標定光束經過波前校正器反射并最終進入第一成像探測器(8)光敏面后的光強分布信息I；第二成像探測器(10)置于反射光束所在的離焦面位置，用于測量標定光束經過波前校正器反射并最終進入第二成像探測器(10)光敏面后的光強分布信息I_d；標定光束在從波前校正器(1)和第一分光鏡(2)反射并最終進入第一成像探測器(8)的傳播過程中，由于所述的自適應光學系統(tǒng)共光路靜態(tài)像差第二分光鏡(9)和成像系統(tǒng)(5)的加工及裝配誤差引入的額外波前像差，該額外波前像差為不隨時間變化的靜態(tài)像差，記為該靜態(tài)像差包含了自適應光學系統(tǒng)共光路靜態(tài)像差和成像系統(tǒng)像差自適應光學系統(tǒng)全系統(tǒng)像差，將靜態(tài)像差稱為自適應光學系統(tǒng)全光路靜態(tài)像差；標定光束在從波前校正器(1)反射并最終進入第二成像探測器(10)的傳播過程中，第二成像探測器(10)與第一成像探測器(8)之間僅存在一個已知的離焦像差，該離焦像差與離焦距離d有定量關系，即為

第一成像探測器(8)和第二成像探測器(10)用于同時采集焦面和離焦面光強分布信息I和I_d，并將采集到的信息以圖像形式傳輸給計算機(11)；然后，計算機(11)根據(jù)第一成像探測器(8)和第二成像探測器(10)實際測量的焦面光強分布信息I和離焦面光強分布信息I_d，以及二者之間已知的離焦像差大小測量得到自適應光學系統(tǒng)全光路靜態(tài)像差該自適應光學系統(tǒng)全光路靜態(tài)像差與焦面光強分布信息I、離焦面光強分布信息I_d以及二者之間已知的離焦像差大小的關系如下：

其中，i為虛數(shù)單位，表示傅里葉變換，p(r)表示光瞳振幅分布函數(shù)；計算機(11)根據(jù)公式(1)，并通過相位差復原算法即反演出自適應光學系統(tǒng)全光路靜態(tài)像差根據(jù)自適應光學系統(tǒng)全光路靜態(tài)像差波前控制器(4)計算出波前校正器(1)各驅動器的驅動電壓值，并輸出至波前校正器(1)，使波前校正器(1)產生大小為測量全光路靜態(tài)像差的1/2、方向相反的波前校正量，實現(xiàn)對自適應光學系統(tǒng)全光路靜態(tài)像差的校正，最終使得標定光束經過全光路后成像質量達到最佳狀態(tài)；在此最佳狀態(tài)下，對位于瞳面位置的近場波前傳感器(3)的進行初始像差的零點標定，并以此作為該自適應光學系統(tǒng)的校正目標，從而實現(xiàn)對全光路靜態(tài)像差有效校正。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于相位差法的自適應光學系統(tǒng)近場波前傳感器標定裝置，其特征在于：所述近場波前傳感器（3）為哈特曼-夏克波前傳感器、干涉儀或金字塔波前傳感器。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于相位差法的自適應光學系統(tǒng)近場波前傳感器標定裝置，其特征在于：所述自適應光學系統(tǒng)是對點目標進行波前校正的自適應光學系統(tǒng)，或是對擴展目標進行波前校正的自適應光學系統(tǒng)。

4.一種基于相位差法的自適應光學系統(tǒng)近場波前傳感器標定方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下：

（1）首先利用第一成像探測器(8)和第二成像探測器(10)同時采集焦面和離焦面光強分布信息I和I_d，并將采集到的信息以圖像形式傳輸給計算機（11）；

（2）計算機(11)根據(jù)實測的焦面光強分布信息I和離焦面光強分布信息I_d，采用相位差復原算法計算得到自適應光學系統(tǒng)全光路靜態(tài)像差的相位分布信息，全光路靜態(tài)像差與焦面光強分布信息I、離焦面光強分布信息I_d以及離焦像差之間的數(shù)值關系如下：

（3）根據(jù)相位差波前傳感器(6)對自適應光學系統(tǒng)全光路靜態(tài)像差的測量結果，利用波前控制器(4)計算機計算出波前校正器(1)各驅動器的驅動電壓值，并輸出至波前校正器(1)，使之產生大小為測量全光路靜態(tài)像差的1/2、方向相反的波前校正量，實現(xiàn)對自適應光學系統(tǒng)中全光路靜態(tài)像差的校正，最終使得理想光束經過全光路后成像質量達到最佳狀態(tài)；

（4）完成靜態(tài)像差校正后，對位于瞳面位置的近場波前傳感器的參考位置進行零點標定或對絕對像差進行零點設定，并以此作為該自適應光學系統(tǒng)的波前控制目標，從而實現(xiàn)對全光路靜態(tài)像差有效校正。