[發明專利]一種基于棱錐波前傳感器本征模式控制的自適應光學裝置

有效

• 申請號: 201810365423.1
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108646406B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 王勝千;魏凱;饒長輝
• 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;G02B7/182;G02B26/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于棱錐波前傳感器本征模式控制的自適應光學裝置，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)、探測器(7)、調制鏡(8)、聚焦透鏡(9)、分光棱錐(10)、后繼透鏡(11)、探測器(12)和波前處理機(13)組成，利用棱錐波前傳感器本征模式來獲取自適應光學系統的傳遞函數矩陣，并通過模式濾波來提高傳遞函數矩陣的穩定性，從而有效提高基于棱錐波前傳感器的自適應光學系統閉環穩定性。本發明能夠根據實際情況來選擇系統的校正效果。本發明充分利用現有棱錐波前傳感器設備，無需額外增加光學器件。

技術領域

本發明涉及一種自適應光學裝置，特別是涉及一種基于棱錐波前傳感器本征模式控制的自適應光學裝置。

背景技術

自適應光學技術利用波前傳感器實時測量入射波前畸變像差，通過波前控制器進行復原計算，反饋控制波前校正器進行波前畸變補償校正，從而保證光學系統具有自動適應外界條件變化、始終保持良好工作狀態的能力，因此在高分辨率成像觀測、激光通信、人眼像差測量等領域具有重要應用。

波前傳感器是自適應光學系統的重要組成部分，其用于對不斷變化的波前畸變進行實時探測，因此是實現自適應光學系統穩定工作的核心器件。棱錐波前傳感器作為一種新型的波前探測器件，相比傳統的哈特曼波前傳感器，其具有探測靈敏度高和空間采樣率可調等優點，因此從1996年提出棱錐波前傳感器概念(參考文獻“Pupil plane wavefrontsensing with an oscillating prism”,Journal of Modern Optics 43,1996)以來，其已經在諸多望遠鏡的自適應光學系統中獲得了成功應用。根據文獻報道，棱錐波前傳感器工作時通常采用Zernike模式法或者K-L模式法進行閉環控制，這些模式算法雖然能夠對大氣湍流進行比較好的描述，但是并沒有對棱錐波前傳感器的空間特征進行考慮，沒有考慮測量噪聲對模式復原過程的影響，而棱錐波前傳感器測量過程不可避免會受到測量噪聲的影響，這些噪聲會造成復原模式之間的耦合效應，從而導致自適應光學系統的探測信噪比低和閉環不穩定等缺點。本發明采用棱錐波前傳感器的本征模式進行閉環控制，保證了測量噪聲對復原的各階棱錐波前傳感器本征模式的影響相互正交，同時通過模式濾波的方式來消除受噪聲影響嚴重的本征模式項，因此可以在不影響其他復原模式的前提下減小測量噪聲對模式控制的影響，有效降低測量噪聲對自適應光學系統閉環控制的干擾，提高系統的控制穩定性和波前校正性能。目前國內外未見基于棱錐波前傳感器本征模式控制的自適應光學裝置的相關報道。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有基于棱錐波前傳感器的自適應光學裝置測量噪聲影響大，系統閉環穩定性低的不足之處，本發明提出一種基于棱錐波前傳感器本征模式控制的自適應光學裝置，這種模式控制方式能夠將測量噪聲與探測信號進行正交化解耦處理，通過模式濾波來消除噪聲影響嚴重的本征模式項，從而有效去除棱錐波前傳感器測量噪聲對探測信號的影響，提高自適應光學系統的閉環穩定性。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案為：一種基于棱錐波前傳感器本征模式控制的自適應光學裝置，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、第一探測器7、調制鏡8、聚焦透鏡9、分光棱錐10、后繼透鏡11、第二探測器12和波前處理機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構成的縮束系統，分光鏡5，成像透鏡6和第一探測器7構成的遠場成像系統，調制鏡8、聚焦透鏡9、分光棱錐10、后繼透鏡11和第二探測器12形成的棱錐波前傳感器系統，該自適應光學裝置工作前，利用變形鏡驅動器影響函數重構矩陣的數值處理來獲得基于棱錐本征模的閉環傳遞矩陣；該自適應光學裝置工作時，波前處理機13根據第二探測器12獲得的棱錐探測信號，結合已經獲得的棱錐本征模閉環傳遞矩陣來計算求解本征模復原系數，根據該復原系數來得到控制傾斜鏡1和變形鏡2的控制電壓，實現傾斜鏡1對入射波前整體傾斜的校正和變形鏡2對入射波前非整體傾斜高階像差的校正，利用成像透鏡6和第一探測器7構成的遠場成像系統來獲得校正后的完善成像。