[發(fā)明專利]一種基于棱錐波前傳感器本征模式控制的自適應(yīng)光學(xué)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810365423.1
• 申請(qǐng)日: 2018-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN108646406B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王勝千;魏凱;饒長(zhǎng)輝
• 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): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00;G02B7/182;G02B26/08
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種基于棱錐波前傳感器本征模式控制的自適應(yīng)光學(xué)裝置，其特征在于：由傾斜鏡（1）、變形鏡（2）、第一離軸拋物鏡（3）、第二離軸拋物鏡（4）、分光鏡（5）、成像透鏡（6）、探測(cè)器（7）、調(diào)制鏡（8）、聚焦透鏡（9）、分光棱錐（10）、后繼透鏡（11）、探測(cè)器（12）和波前處理機(jī)（13）組成，傾斜鏡（1），變形鏡（2），第一離軸拋物鏡（3）和第二離軸拋物鏡（4）構(gòu)成縮束系統(tǒng)，分光鏡（5），成像透鏡（6）和探測(cè)器（7）構(gòu)成遠(yuǎn)場(chǎng)成像系統(tǒng)，調(diào)制鏡（8）、聚焦透鏡（9）、分光棱錐（10）、后繼透鏡（11）和探測(cè)器（12）形成棱錐波前傳感器系統(tǒng)，該自適應(yīng)光學(xué)裝置工作前，利用變形鏡驅(qū)動(dòng)器影響函數(shù)重構(gòu)矩陣的數(shù)值處理來(lái)獲得基于棱錐本征模的閉環(huán)傳遞矩陣；該自適應(yīng)光學(xué)裝置工作時(shí)，波前處理機(jī)（13）根據(jù)探測(cè)器（12）獲得的棱錐探測(cè)信號(hào)，結(jié)合已經(jīng)獲得的棱錐本征模閉環(huán)傳遞矩陣來(lái)計(jì)算求解本征模復(fù)原系數(shù)，根據(jù)該復(fù)原系數(shù)來(lái)得到控制傾斜鏡（1）和變形鏡（2）的控制電壓，實(shí)現(xiàn)傾斜鏡（1）對(duì)入射波前整體傾斜的校正和變形鏡（2）對(duì)入射波前非整體傾斜高階像差的校正，利用成像透鏡（6）和探測(cè)器（7）構(gòu)成的遠(yuǎn)場(chǎng)成像系統(tǒng)來(lái)獲得校正后的完善成像；

該自適應(yīng)光學(xué)裝置閉環(huán)工作前，需要對(duì)棱錐波前傳感器的本征模式傳遞函數(shù)矩陣進(jìn)行測(cè)量，具體步驟如下：①以基準(zhǔn)平面波光束入射到自適應(yīng)光學(xué)裝置中，然后依次對(duì)變形鏡各驅(qū)動(dòng)器施加單位電壓，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器施加電壓后均記錄得到棱錐波前傳感器的探測(cè)信號(hào)向量，當(dāng)所有驅(qū)動(dòng)器都施加電壓后，得到驅(qū)動(dòng)器影響函數(shù)對(duì)應(yīng)的重構(gòu)矩陣S；②對(duì)矩陣S進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，得到自相關(guān)矩陣T=S'×S，其中S'表示矩陣S的反置矩陣；③對(duì)矩陣T進(jìn)行奇異值分解，得到T=U×Λ×U '，其中矩陣U '表示矩陣U的反置矩陣，Λ為矩陣T的奇異值構(gòu)成的對(duì)角線矩陣；④則棱錐本征模式對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)矩陣P=S×U；⑤對(duì)棱錐本征模式傳遞函數(shù)矩陣進(jìn)行濾波處理，得到最終系統(tǒng)閉環(huán)應(yīng)用的棱錐本征模傳遞函數(shù)矩陣Q=P×F，其中F代表采用的濾波矩陣；

該自適應(yīng)光學(xué)裝置閉環(huán)工作時(shí)，入射光束照射在傾斜鏡上，反射光繼續(xù)傳輸照射在變形鏡上，隨后從變形鏡反射的光束經(jīng)過(guò)第一離軸拋物鏡和第二離軸拋物鏡后傳輸?shù)椒止忡R上，第一離軸拋物鏡和第二離軸拋物鏡形成縮束系統(tǒng)，用于將入射到變形鏡上的大口徑光束轉(zhuǎn)化成適合后面棱錐探測(cè)的小口徑光束；光束在分光鏡上進(jìn)行分光，一部分透射光經(jīng)過(guò)成像透鏡后在第一探測(cè)器上形成遠(yuǎn)場(chǎng)成像光斑；光束在分光鏡上的另外一部分反射光繼續(xù)傳輸經(jīng)過(guò)調(diào)制鏡和聚焦透鏡，當(dāng)棱錐采用調(diào)制工作模式時(shí)，則調(diào)制鏡通過(guò)施加X和Y兩個(gè)方向的正弦調(diào)制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的圓周調(diào)制；當(dāng)棱錐采用非調(diào)制工作模式時(shí)，則調(diào)制鏡不施加任何調(diào)制信號(hào)，僅作為反射鏡使用，聚焦透鏡將光束聚焦在分光棱錐的頂點(diǎn)處，隨后光束經(jīng)過(guò)分光棱錐后到達(dá)后繼透鏡，后繼透鏡將光束耦合成像在第二探測(cè)器上；波前處理機(jī)對(duì)第二探測(cè)器獲得的探測(cè)圖像進(jìn)行接收，根據(jù)該探測(cè)圖像運(yùn)算得到棱錐波前傳感器的斜率探測(cè)信號(hào)，根據(jù)該斜率探測(cè)信號(hào)的平均斜率值得到控制傾斜鏡校正電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)入射波前傾斜像差的校正，另外將該斜率探測(cè)信號(hào)與得到的棱錐本征模式傳遞函數(shù)矩陣Q進(jìn)行運(yùn)算處理，得到棱錐本征模式復(fù)原系數(shù)向量g，結(jié)合棱錐本征模式計(jì)算過(guò)程中得到的矩陣U，計(jì)算得到控制變形鏡的校正電壓v，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)入射波前非整體傾斜高階像差的校正；入射光束經(jīng)過(guò)傾斜鏡和變形鏡的補(bǔ)償校正后，就能夠在第一探測(cè)器上形成完善的遠(yuǎn)場(chǎng)成像光斑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于棱錐波前傳感器本征模式控制的自適應(yīng)光學(xué)裝置，其特征在于：傾斜鏡（1）用于實(shí)現(xiàn)入射波前畸變的整體傾斜校正，傾斜鏡（1）的驅(qū)動(dòng)器采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、電致伸縮陶瓷驅(qū)動(dòng)器或音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于棱錐波前傳感器本征模式控制的自適應(yīng)光學(xué)裝置，其特征在于：變形鏡（2）用于實(shí)現(xiàn)入射波前畸變的非整體傾斜高階像差的校正，變形鏡（2）的驅(qū)動(dòng)器采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、電致伸縮陶瓷驅(qū)動(dòng)器或音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于棱錐波前傳感器本征模式控制的自適應(yīng)光學(xué)裝置，其特征在于：分光鏡（5）用于實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的分光作用，為強(qiáng)度分光或光譜分光。