專利名稱：一種提高自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞矩陣測(cè)量精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞矩陣測(cè)量精度的方法。
背景技術(shù)：
自適應(yīng)光學(xué)(Adaptive Optics, AO)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)校正由于大氣瑞流等因素引起的波前畸變，提高成像系統(tǒng)的分辨力和激光傳輸系統(tǒng)的聚焦能力，因此在天文觀測(cè)、激光傳輸和人眼成像等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。AO系統(tǒng)通常由波前探測(cè)、波前處理和波前校正等部分組成。目前最常用的波前探測(cè)器是哈特曼波前探測(cè)器，波前校正器為變形鏡。AO系統(tǒng)傳遞矩陣為波前校正器驅(qū)動(dòng)器電壓向量轉(zhuǎn)化為波前探測(cè)器子孔徑斜率向量的關(guān)系矩陣。測(cè)量傳遞矩陣前，AO系統(tǒng)的靜態(tài)像差越小，標(biāo)定光源在哈特曼波前探測(cè)器各子孔徑中形成的光斑質(zhì)心就越接近子孔徑中心，測(cè)得的傳遞矩陣的精度就越高。一方面是因?yàn)樵诖藯l件下測(cè)得的傳遞矩陣更貼近AO系統(tǒng)實(shí)際閉環(huán)工作狀況；另一方面，當(dāng)光斑質(zhì)心位于子孔徑中心附近時(shí)，可以施加幅值更大的信號(hào)電壓來(lái)提高信噪比，而不用擔(dān)心光斑超出子孔徑的線性范圍導(dǎo)致的測(cè)量誤差。然而，隨著光學(xué)望遠(yuǎn)鏡口徑的迅速增長(zhǎng)，與之相匹配的大型AO系統(tǒng)的靜態(tài)像差的波前斜率(包括變形鏡面形起伏引入、經(jīng)縮束系統(tǒng)放大的波前斜率及哈特曼波前探測(cè)器本身像差引入的波前斜率等)也會(huì)相對(duì)增大。波前斜率增大將直接導(dǎo)致哈特曼波前探測(cè)器各子孔徑中光斑質(zhì)心大大偏離子孔徑中心位置。如果測(cè)量傳遞矩陣時(shí)，再向驅(qū)動(dòng)器施加稍大的電壓，極端情況下，可能導(dǎo)致光斑跨越子孔徑的現(xiàn)象，此時(shí)測(cè)得的光斑質(zhì)心位置就不能表征真實(shí)的波前變化，傳遞矩陣的測(cè)量精度將大大降低。為抑制靜態(tài)像差對(duì)傳遞矩陣測(cè)量精度的影響，提高自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞矩陣測(cè)量精度，需在測(cè)量傳遞矩陣前，先校正系統(tǒng)的靜態(tài)像差，可利用變形鏡將各子孔徑中光斑質(zhì)心校正到子孔徑的中心附近，再進(jìn)行傳遞矩陣的測(cè)量。為此，需先獲取一個(gè)粗略但可以使自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定閉環(huán)的傳遞矩陣。
S.0berti等針對(duì)包含曲率傳感器與雙壓電變形鏡的MACAO系統(tǒng)提出了利用MACAO系統(tǒng)傳遞矩陣的對(duì)稱特性先測(cè)量變形鏡與傳感器的對(duì)準(zhǔn)誤差(S.0berti, H.Bonnet, E.Fedrigo, et.al., Calibration of a curvature sensor/bimorph mirror AO system:1nteractionmatrix measurement on MACAO systems, Proc.SPIE, 2006，Vol.5490),再得到 AO系統(tǒng)傳遞矩陣的計(jì)算結(jié)果。然而，該方法只適用于傳遞矩陣為方陣的特殊情形，大多數(shù)AO系統(tǒng)，t匕如由哈特曼波前探測(cè)器和變形鏡所組成的最廣泛使用的AO系統(tǒng)的傳遞矩陣通常都不是方陣，因此該方法不具備通用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種提高自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞矩陣測(cè)量精度的方法，該方法可以有效解決靜態(tài)像差引起的哈特曼波前探測(cè)器子孔徑中光斑嚴(yán)重偏離子孔徑中心的問(wèn)題，有助于提高自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞矩陣的測(cè)量精度。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:一種提高自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞矩陣測(cè)量精度的方法，其特征在于在傳遞矩陣的測(cè)量過(guò)程中，向變形鏡驅(qū)動(dòng)器施加的電壓包含信號(hào)電壓與補(bǔ)償電壓兩部分，具體步驟如下:步驟(I):測(cè)量自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的變形鏡與哈特曼波前探測(cè)器的對(duì)準(zhǔn)誤差；步驟⑵:根據(jù)步驟⑴得到的對(duì)準(zhǔn)誤差及自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)得到傳遞矩陣和復(fù)原矩陣的計(jì)算結(jié)果；步驟(3):利用復(fù)原矩陣的計(jì)算結(jié)果使自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)閉環(huán)工作校正自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的靜態(tài)像差，并記錄閉環(huán)穩(wěn)定后變形鏡各驅(qū)動(dòng)器的電壓作為補(bǔ)償電壓；步驟(4):向變形鏡驅(qū)動(dòng)器施加由信號(hào)電壓與補(bǔ)償電壓組成的測(cè)量電壓，并記錄相應(yīng)的波前斜率；步驟(5):根據(jù)測(cè)量電壓與波前斜率得到傳遞矩陣的測(cè)量結(jié)果。所述步驟(I)中，變形鏡與哈特曼波前探測(cè)器的對(duì)準(zhǔn)誤差包括變形鏡光瞳面中心與哈特曼波前探測(cè)器光瞳面中心的水平方向偏離、豎直方向偏離及變形鏡光瞳面相對(duì)于哈特曼波前探測(cè)器光瞳面的旋轉(zhuǎn)，其具體測(cè)量過(guò)程如下:(I)若令變形鏡上坐標(biāo)為(X ac^i)，Y ac;t(i))的第i個(gè)驅(qū)動(dòng)器的面形影響函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種提高自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞矩陣測(cè)量精度的方法，其特征在于:在傳遞矩陣的測(cè)量過(guò)程中，向變形鏡驅(qū)動(dòng)器施加的電壓包含信號(hào)電壓與補(bǔ)償電壓兩部分，具體步驟如下: 步驟(I):測(cè)量自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的變形鏡與哈特曼波前探測(cè)器的對(duì)準(zhǔn)誤差； 步驟(2):根據(jù)步驟(I)得到的對(duì)準(zhǔn)誤差及自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)得到傳遞矩陣和復(fù)原矩陣的計(jì)算結(jié)果； 步驟(3):利用復(fù)原矩陣的計(jì)算結(jié)果使自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)閉環(huán)工作校正自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的靜態(tài)像差，并記錄閉環(huán)穩(wěn)定后變形鏡各驅(qū)動(dòng)器的電壓作為補(bǔ)償電壓； 步驟(4):向變形鏡驅(qū)動(dòng)器施加由信號(hào)電壓與補(bǔ)償電壓組成的測(cè)量電壓，并記錄相應(yīng)的波前斜率； 步驟(5):根據(jù)測(cè)量電壓與波前斜率得到傳遞矩陣的測(cè)量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞矩陣測(cè)量精度的方法，其特征在于:所述步驟(I)中，變形鏡與哈特曼波前探測(cè)器的對(duì)準(zhǔn)誤差包括變形鏡光瞳面中心與哈特曼波前探測(cè)器光瞳面中心的水平方向偏離、豎直方向偏離及變形鏡光瞳面相對(duì)于哈特曼波前探測(cè)器光瞳面的旋轉(zhuǎn)，其具體測(cè)量過(guò)程如下: (1)若令變形鏡上坐標(biāo)為(X—ac;t(i)，Y—ac;t(i))的第i個(gè)驅(qū)動(dòng)器的面形影響函數(shù)為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞矩陣測(cè)量精度的方法，其特征在于:所述步驟(2)中根據(jù)步驟(I)得到的對(duì)準(zhǔn)誤差及自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)得到傳遞矩陣和復(fù)原矩陣的計(jì)算結(jié)果的具體過(guò)程如下: (I)根據(jù)ΛΧ、八7及Λ Θ得到考慮對(duì)準(zhǔn)誤差以后的變形鏡各驅(qū)動(dòng)器實(shí)際位置的坐標(biāo)(Xnew—act，Ynew—aet)，計(jì)算方法為:當(dāng)k從I取值到Nact:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞矩陣測(cè)量精度的方法，其特征在于:所述步驟(5)中根據(jù)測(cè)量電壓與波前斜率得到傳遞矩陣的測(cè)量結(jié)果的具體過(guò)程如下: (1)利用R—Mal使自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)工作，閉環(huán)校正哈特曼波前探測(cè)器測(cè)得的各子孔徑斜率，記錄閉環(huán)穩(wěn)定后各驅(qū)動(dòng)器的電壓得到靜態(tài)像差補(bǔ)償電壓向量V。
(2)對(duì)i=l，2，…，Nact號(hào)驅(qū)動(dòng)器先后進(jìn)行以下操作:向變形鏡施加補(bǔ)償電壓向量V。，然后保持其他驅(qū)動(dòng)器電壓不變，將第i號(hào)驅(qū)動(dòng)器電壓改為l(i)+Vs，記錄在哈特曼波前探測(cè)器上測(cè)得的斜率向量:；再將第i號(hào)驅(qū)動(dòng)器電壓改為KD-Vs，記錄在哈特曼波前探測(cè)器上測(cè)得的斜率向量:；其中，Vs為信號(hào)電壓，利用公式:
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞矩陣測(cè)量精度的方法，其特點(diǎn)是在測(cè)量自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞矩陣過(guò)程中，向變形鏡驅(qū)動(dòng)器施加的電壓包含信號(hào)電壓與補(bǔ)償電壓兩部分；其中，補(bǔ)償電壓用來(lái)對(duì)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的靜態(tài)像差進(jìn)行預(yù)校正。本發(fā)明有效地解決了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞矩陣測(cè)量受到靜態(tài)像差制約的狀況，進(jìn)一步提高了傳遞矩陣的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01J9/00GK103217223SQ201310095509
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者郭友明, 饒長(zhǎng)輝, 鮑華, 張昂, 魏凱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所