[發明專利]一種基于模式的同步無波前自適應光學系統

有效

• 申請號: 201611093372.9
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106526839B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 文良華;楊平;王帥;陳善球;許冰
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于模式的同步無波前自適應光學系統，由焦平面光電探測相機、控制器、高壓放大器和波前像差校正單元(變形鏡)組成。對變形鏡施加一次與像差模式相關的擾動電壓，相機測量焦平面遠場光強，控制器計算其二階中心矩MDS，根據遠場光強分布的二階中心矩MDS與入射波前像差斜率平方的均值SM的近似線性關系，求解出波前畸變中含有的與擾動電壓所對應的像差模式的系數；利用變形鏡響應函數與像差模式的關系矩陣形成電壓信號，經高壓放大器放大后施加于變形鏡，完成該模式像差的有效校正，實現一次擾動一次校正的系統同步校正迭代機制；本發明縮短相鄰兩次像差校正迭代的延時，提高系統對動態像差的校正能力。

技術領域

本發明為一種無波前的自適應光學系統，特別涉及一種基于通用模式的適用于動態波前校正的同步迭代機制的自適應光學系統，適用于光通信、顯微鏡、激光光束凈化、人眼成像等應用中的波前像差校正。

背景技術

自適應光學(Adaptive Optics,AO)是上世紀八十年代發展起來的技術。自適應光學系統根據有無專用的波前探測器分為有波前傳感的自適應光學系統和無波前傳感的自適應光學系統；其中無波前傳感的自適應光學系統(WFSless AO)廣泛應用于波前相位不連續及一些特殊應用場合如激光核聚變裝置、共焦顯微鏡、光纖耦合、激光相控、光學鉗、光學追蹤、擴展目標成像等。無波前傳感自適應光學系統在物理實驗和實際應用中能否取得良好的校正效果取決于系統采用的控制算法。

現有無波前傳感的自適應光學系統控制算法主要采用迭代尋優的方法完成波前像差校正。根據尋優空間輸出量產生方式可以分為兩類，一類方法的輸出量及施加校正單元(變形鏡)的擾動量隨機盲生成，然后向著最優化指標量方向迭代，如隨機并行梯度下降(SPGD)算法(參見Vorontsov,M.A.and Sivokon,V.P.,Stochastic parallel gradientdescent technique for high-resolution wave front phase-distortion correction,Opt.Soc.Am.A.15,2745-2758,1998)。這類算法實現簡單但其收斂速度慢，尤其在像差變大、校正單元數目增多即像差校正模式數增加時，其控制量搜索空間增大，系統收斂速度急劇變慢，甚至陷入局部優化。另一類方法的控制量是一種由波前像差相關的物理量與焦平面光強分布的某種關系推導出的近似解，因此算法收斂速度快，波前校正效果好(參見M.J.Booth,Wavefront sensorless adaptive optics for large aberrations,Opt.Lett.32,5–7,2007.)。針對這類算法對波前像差大小情況采用不同控制算法帶來的問題，2011年出現了這類算法的改進形式：一種基于通用模式的無波前自適應光學系統算法(參見Huang.Linhai and C.Rao,Wavefront sensorless adaptive optics:a generalmodel-based approach,Optics Express,19,371-379,2011),該算法首次將相機像素灰度與坐標距離構成的二階矩MDS與入射波前斜率的平方均值SM建立了線性近似關系，對于由N階像差模構成的入射波前像差的一次校正僅需N+1次遠場測量；且對于大小不同像差采用同一校正算法流程。由于此類算法兩次像差校正延時(Δt＝NT)隨像差模式階數N的增加而增大；因此這類算法的時間相關性差，在動態波前像差校正應用中，像差校正性能退化，系統收斂速度變慢。