[發明專利]一種自適應光學模擬動態波前校正裝置及其校正方法

有效

• 申請號: 201910356787.8
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN109932817B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 柯熙政;張丹玉
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02F1/01;G01J9/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 燕肇琪

1.一種自適應光學模擬動態波前的校正方法，其特征在于，基于一種自適應光學模擬動態波前校正裝置進行校正，其特征在于，包括接收天線(3)，所述接收天線(3)沿光路依次設置有準直鏡(4)、擴束系統(5)和分光棱鏡(6)，所述分光棱鏡(6)沿反射光路設置有波前校正器(7)，所述分光棱鏡(6)沿折射光路依次設置有縮束系統(8)和波前傳感器(9)，所述波前校正器(7)連接有計算機；

所述擴束系統(5)包括平凸透鏡L1和凸平透鏡L2，所述 平凸述透鏡L1和凸平透鏡L2同軸設置，所述平凸透鏡L1的直徑尺寸小于凸平透鏡L2，所述平凸透鏡L1位于靠近接受天線(3)處；

所述縮束系統(8)包括平凸透鏡L3和凸平透鏡L4，所述平凸透鏡L3和凸平透鏡L4同軸設置，所述平凸透鏡L3的直徑尺寸大于凸平透鏡L4，所述平凸透鏡L3位于靠近分光棱鏡(6)處；

所述波前校正器(7)由變形鏡和變形鏡控制箱組成；

具體按照以下步驟實施：

步驟1、接收天線(3)接收動態畸變波前后，輸出動態畸變波前，接收天線輸出的動態畸變波前依次穿過準直鏡(4)、擴束系統(5)和分光棱鏡(6)后，分光棱鏡(6)反射動態畸變波穿過前波前校正器(7)輸入至計算機中；分光棱鏡(6)折射的動態畸變波穿過縮束系統(8)傳至波前傳感器(9)；

步驟2、通過計算機采用ACE軟件進行波前傳感器和波前校正器的標定，利用波前傳感器(9)采集的數據，建立控制電壓和測量波前澤尼克(Zernike)系數的影響函數矩陣；

隨機設定波前的一組參考Zernike系數值，指定優化參數值以及波前校正器(7)的初始電壓值；

步驟3、利用步驟2得到的控制電壓和測量波前澤尼克(Zernike)系數的影響函數矩陣、參考Zernike系數值、優化參數值、波前校正器(7)的初始電壓值和當前波前傳感器(9)采集的數據，通過迭代算法更新波前校正器的控制電壓；

步驟4、將更新后的控制電壓信號加載到變形鏡的各個驅動上；

步驟5、將更新后的控制電壓作為初始電壓，重復步驟3至步驟4，觀察計算機ACE軟件的波前峰谷值和波前均方根值，進行動態模擬波前的實時校正，直至被測波面相對與參考波面偏差的峰值與谷值之差小于1.02λ，被測波面相對與參考波面的各點偏差的均方根值小于0.28λ時，停止操作，完成動態模擬波前的實時校正；

所述步驟3的具體按照以下步驟實施：

步驟3.1，設定參考Zernike系數值，并指定初始驅動電壓值為0；

步驟3.2，指定優化參數α，β的大小，將α和β代入公式計算參數Q和L，其中Q＝(M^TM+αI+βI)^-1(M^TM+βI)，L＝(M^TM+βI)^-1M^T，M為zernike影響函數矩陣，I為單位矩陣；

步驟3.3，通過波前傳感器采集當前波前Zernike系數值；

步驟3.4，通過將參考Zernike系數值和通過波前傳感器采集到的當前波前Zernike系數值做差獲得Zernike系數誤差e_k；

步驟3.5，將步驟2當中測得的Zernike影響函數矩陣以及步驟3.1，步驟3.3，步驟3.4當中所獲值代入迭代公式，計算需要施加到驅動器上的控制電壓U_k+1＝Q(U_k+Le_k)，U_K為此時刻電壓值；

步驟3.6，記錄此時的控制電壓，作為下一次驅動電壓計算時的上一次電壓值U_k＝U_k+1。

2.根據權利要求1所述的一種自適應光學模擬動態波前的 校正方法，其特征在于，所述步驟2中建立控制電壓和測量波前澤尼克(Zernike)系數的影響函數矩陣的具體步驟如下：

步驟2.1，指定推拉總次數m，采集次數n以及有效驅動電壓大小，驅動器序列數初始為1；

步驟2.2，針對第一個驅動器發送正單位有效驅動電壓，其余驅動器均發送0單位的驅動電壓；

步驟2.3，通過波前傳感器采集n組此時的Zernike系數值，求和再取平均，獲得第一個驅動器一次正推拉所對應的Zernike系數值；

步驟2.4，針對第一個驅動器發送負單位有效驅動電壓，其余驅動器均發送0單位的驅動電壓；

步驟2.5，通過波前傳感器采集n組此時的Zernike系數值，求和再取平均，獲得第一個驅動器一次負推拉所對應的Zernike系數值；

步驟2.6，根據步驟2.3、2.5所獲的Zernike系數值進行做差，再除以2倍的有效驅動電壓值，即可獲得第一個驅動器與Zernike系數值之間的影響函數；

步驟2.7，將第一個驅動器的Zernike影響函數存入Zernike影響函數矩陣的對應列當中；

步驟2.8，按照驅動器排序，依次替換步驟3.2和步驟3.4當中的第一個驅動器，每更換一次驅動器，重復步驟3.2至步驟3.7獲得該驅動器與Zernike系數值之間的影響函數；

步驟2.9，將各個驅動器與Zernike系數值之間的影響函數按照對應順序排列，構成Zernike影響函數矩陣。