[發明專利]一種基于模型的無波前探測自適應光學系統

有效

• 申請號: 201410154612.6
• 申請日: 2014-04-17
• 公開（公告）號: CN103901617A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 楊慧珍;龔成龍;劉強
• 申請（專利權）人: 淮海工學院
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B26/06
• 代理公司: 連云港潤知專利代理事務所 32255
• 代理人: 劉喜蓮

技術領域

?本發明屬于光學技術領域，涉及一種新的自適應光學系統，特別是一種基于模型的無波前探測自適應光學系統。

背景技術

光學系統中存在的各種靜態和動態像差嚴重影響了光學系統的性能。自適應光學技術是改善光學成像系統的分辨能力和激光系統的光束質量的有力手段。目前已在天文成像、激光傳輸、工業和醫學成像等領域得到了應用。

常規自適應光學系統由波前傳感器、波前控制器和波前校正器三個部分組成。波前傳感器的存在使得整個自適應光學系統結構?復雜，成本昂貴，其應用領域很難得到拓展和普及。在波前信息無法測量的應用環境中，如大氣激光通信、激光腔內像差校正、擴展目標成像等，該類系統使用受限。

相比常規自適應光學技術，無波前探測自適應光學系統不再需要波前探測環節，因而系統復雜性大大降低，且有著比常規自適應光學技術更為廣泛的應用空間，如上述波前無法測量的環境。但是現有的無波前探測自適應光學系統大都采用各種盲優化算法作為系統控制算法，如遺傳算法、粒子群算法、隨機并行梯度下降算法或模擬退火算法，這類系統稱為無模型優化自適應光學系統。收斂速度慢是無模型優化自適應光學系統的最大缺陷，難以用于實時像差校正系統，僅適用于對時間沒有要求的應用場合。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術結構復雜、成本高和在某些場合難以應用的不足，以及現有無波前探測自適應光學系統收斂速度慢等問題，提出一種結構簡單、成本低廉、收斂速度快、易于實現且應用范圍更廣的新型無波前探測自適應光學系統。

本發明所要解決的技術問題是通過以下的技術方案來實現的。本發明是一種基于模型的無波前探測自適應光學系統，其特點是：包括主控計算機、數模轉換器、高壓放大器、反射變形鏡、聚焦透鏡、光斑探測器、圖像采集卡、波前校正方法組成，待校正的畸變波前由變形反射鏡反射到聚焦透鏡上，經聚焦透鏡聚焦在其焦平面上的光斑探測器上，主控計算機把經過波前校正方法運算得到的控制信號輸出到高壓放大器，該信號再經高壓放大器放大，施加到變形反射鏡的各個驅動器上，使變形鏡反射鏡產生與待測波前方向相反的變形量，最終校正入射光束波前的各種像差。

本發明所述的系統中，所述的波前校正方法的優選具體實現步驟如下：

（1）定義一組表征波前像差的Zernike多項式或者K-L多項式基函數；計算各階Zernike像差x分量、y分量的梯度二階矩，并求逆，記為???????????????????????????????????????????????；

（2）由光斑探測器測量待校正像差的遠場光強，經圖像采集卡讀入到主控計算機，以質心為中心截取大小的像面，并計算截取部分的像面光強之和，記為，取值范圍為10~20倍衍射極限；

（3）利用Zernike或者K-L各階模式與變形鏡影響函數之間的關系得到各階模式對應的變形鏡驅動器控制信號，再經高壓放大器放大施加到變形鏡各驅動器，從而將各階Zernike或者K-L像差轉換為變形鏡面形，將各階Zernike或者K-L模式系數向量記為；

（4）變形鏡產生的各階Zernike或者K-L像差分別與待校正波前疊加，經聚焦透鏡聚焦，由放置在聚焦透鏡焦平面上的光斑探測器測量疊加后的波前對應的遠場光斑，再經圖像采集卡讀入到主控計算機，以質心為中心截取大小的像面，并計算截取部分像面的光強之和，N階Zernike像差對應的光強之和分別記為，N為正整數；

（5）在主控計算機中，分別將與待測像差光斑之和做差運算，得到一維向量；；

（6）利用公式得到待校正波前對應的變形鏡各控制器驅動信號，該驅動信號經高壓放大器放大施加到變形鏡各驅動器，生成與待測波前方向相反的變形量，疊加到待校正波前；

（7）將校正之后的殘余波前作為待校正波前，重復步驟（2）-（6）直到算法滿足預先設定的終止條件，所述的終止條件包括一定的迭代次數或殘余波前對應的遠場光斑光強之和大于一個閾值。