[發明專利]一種實時偏振調制哈特曼-夏克波前探測裝置

有效

• 申請號: 202011311863.2
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112484865B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 顧乃庭;黃林海;郭庭;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: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

本發明公開了一種實時偏振調制哈特曼?夏克波前探測裝置，利用波前探測目標光與背景雜散光之間偏振特性差異，通過在微透鏡陣列與光強探測器之間增加微偏振片陣列，對經微透鏡陣列分割后的入射光束進行0°、45°、90°和135°線性偏振調制，同時獲取不同偏振調制狀態下的強度分布，并計算入射光束的偏振度、偏振相位角等偏振維度信息，最終得到波前斜率并復原波前像差，實現對入射光束波前探測。相對于傳統哈特曼?夏克波前探測裝置，本發明將波前探測從強度探測維度變換到偏振探測維度，利用目標光與背景雜散光偏振特性差異，將目標光從背景雜散光中分離出來，極大提升信背比，實現強背景下波前探測。本發明專利結構緊湊、實時性強。

技術領域

本發明屬于波前像差測量的技術領域，特別涉及一種實時偏振調制哈特曼-夏克波前探測裝置。

背景技術

哈特曼-夏克波前探測技術是一種通用的經典波前相位檢測技術，其廣泛應用于自適應光學、天文、光學檢測、生物醫學等重要領域。當背景雜散光不強時，哈特曼-夏克波前探測技術不僅可以應用于點源目標探測，還可以應用于擴展目標探測，并分別采用質心算法和互相關算法獲取高精度波前相位信息。當目標探測的信背比較低或背景雜散光較強時，點源目標或擴展目標在哈特曼-夏克傳感器微透鏡陣列子孔徑中的成像信息就會被淹沒，對比度極大下降，無法以來傳統質心算法或互相關算法有效提取成像強度信息在單個子孔徑中的位置偏移，并導致波前探測精度降低甚至失效。因此，傳統哈特曼-夏克波前探測技術無法應用于強背景雜散光條件下進行波前探測，應用領域和探測能力均受到極大限制。減固定閾值(姜文漢等，夏克-哈特曼波前傳感器的探測誤差[J].量子電子學報，02:218，1998)、窄帶光譜濾波(J.Beckers et al.,Using laser beacons for daytimeadaptive optics[J].Experimental Astronomy,11(2):133,2001)、視場偏移(C.Li etal.,Field of view shifted Shack-Hartmann wavefront sensor for daytimeadaptive optics system[J].Optics Letters,31(19):2821,2006)等方法雖然在一定程度上能夠提升波前探測信背比，但依然無法實現強背景雜散光波前探測應用場景。

上述問題的根源在于傳統哈特曼-夏克波前探測技術，其波前誤差信息提取均停留在強度維度，目標信號光與背景雜散光融為一體，雖然通過減固定閾值等手段可一定程度上減弱背景雜散光影響，但無法從根本上對二者進行區分。偏振是光的固有屬性，它反映了光的橫波特性。相對于傳統強度成像技術，偏振成像技術能夠同時獲取目標物體空間分布信息和理化信息，大大提高了目標信息量，具有傳統強度成像所不具備的能力和特點。

基于以上背景，本發明一種實時偏振調制哈特曼-夏克波前探測裝置，其利用目標信號光與背景雜散光的偏振特性差異，在偏振維度對入射的目標信號光和背景雜散光進行區分，改變傳統哈特曼-夏克波前探測裝置在強度維度無法區分的狀態，顯著提升信背比，拓展哈特曼-夏克波前探測裝置的應用領域和探測精度。相比于傳統旋轉波片的偏振調制哈特曼-夏克波前傳感器，其結構更為緊湊、實時性更高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：如何在偏振維度對入射的目標信號光和背景雜散光進行實時區分，從而在保證波前探測實時性的基礎上提升哈特曼-夏克波前探測信背比，拓展應用領域和探測精度。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：一種實時偏振調制哈特曼-夏克波前探測裝置，其特征在于：利用波前探測目標光與背景雜散光之間偏振特性差異，通過在微透鏡陣列與光強探測器之間增加微偏振片陣列，對經微透鏡陣列分割后的入射光束進行0°、45°、90°和135°線性偏振調制，同時獲取不同偏振調制狀態下的強度分布，并計算入射光束的偏振度、偏振相位角等偏振維度信息，最終計算波前斜率并復原波前像差，實現對入射光束波前探測。