一種提高自適應光學系統傳遞矩陣測量精度的方法
2023-06-15 07:42:01
專利名稱：一種提高自適應光學系統傳遞矩陣測量精度的方法
技術領域：
本發明屬於自適應光學系統的技術領域，涉及一種提高自適應光學系統傳遞矩陣測量精度的方法。
背景技術：
自適應光學(Adaptive Optics, AO)系統能夠實時校正由於大氣瑞流等因素引起的波前畸變，提高成像系統的分辨力和雷射傳輸系統的聚焦能力，因此在天文觀測、雷射傳輸和人眼成像等領域具有廣泛的應用。AO系統通常由波前探測、波前處理和波前校正等部分組成。目前最常用的波前探測器是哈特曼波前探測器，波前校正器為變形鏡。AO系統傳遞矩陣為波前校正器驅動器電壓向量轉化為波前探測器子孔徑斜率向量的關係矩陣。測量傳遞矩陣前，AO系統的靜態像差越小，標定光源在哈特曼波前探測器各子孔徑中形成的光斑質心就越接近子孔徑中心，測得的傳遞矩陣的精度就越高。一方面是因為在此條件下測得的傳遞矩陣更貼近AO系統實際閉環工作狀況；另一方面，當光斑質心位於子孔徑中心附近時，可以施加幅值更大的信號電壓來提高信噪比，而不用擔心光斑超出子孔徑的線性範圍導致的測量誤差。然而，隨著光學望遠鏡口徑的迅速增長，與之相匹配的大型AO系統的靜態像差的波前斜率(包括變形鏡面形起伏引入、經縮束系統放大的波前斜率及哈特曼波前探測器本身像差引入的波前斜率等)也會相對增大。波前斜率增大將直接導致哈特曼波前探測器各子孔徑中光斑質心大大偏離子孔徑中心位置。如果測量傳遞矩陣時，再向驅動器施加稍大的電壓，極端情況下，可能導致光斑跨越子孔徑的現象，此時測得的光斑質心位置就不能表徵真實的波前變化，傳遞矩陣的測量精度將大大降低。為抑制靜態像差對傳遞矩陣測量精度的影響，提高自適應光學系統傳遞矩陣測量精度，需在測量傳遞矩陣前，先校正系統的靜態像差，可利用變形鏡將各子孔徑中光斑質心校正到子孔徑的中心附近，再進行傳遞矩陣的測量。為此，需先獲取一個粗略但可以使自適應光學系統穩定閉環的傳遞矩陣。
S.0berti等針對包含曲率傳感器與雙壓電變形鏡的MACAO系統提出了利用MACAO系統傳遞矩陣的對稱特性先測量變形鏡與傳感器的對準誤差(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系統傳遞矩陣的計算結果。然而，該方法只適用於傳遞矩陣為方陣的特殊情形，大多數AO系統，t匕如由哈特曼波前探測器和變形鏡所組成的最廣泛使用的AO系統的傳遞矩陣通常都不是方陣，因此該方法不具備通用性。
發明內容
本發明要解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供了一種提高自適應光學系統傳遞矩陣測量精度的方法，該方法可以有效解決靜態像差引起的哈特曼波前探測器子孔徑中光斑嚴重偏離子孔徑中心的問題，有助於提高自適應光學系統傳遞矩陣的測量精度。
本發明解決上述技術問題的技術方案是:一種提高自適應光學系統傳遞矩陣測量精度的方法，其特徵在於在傳遞矩陣的測量過程中，向變形鏡驅動器施加的電壓包含信號電壓與補償電壓兩部分，具體步驟如下:步驟(I):測量自適應光學系統的變形鏡與哈特曼波前探測器的對準誤差；步驟⑵:根據步驟⑴得到的對準誤差及自適應光學系統的設計參數得到傳遞矩陣和復原矩陣的計算結果；步驟(3):利用復原矩陣的計算結果使自適應光學系統閉環工作校正自適應光學系統的靜態像差，並記錄閉環穩定後變形鏡各驅動器的電壓作為補償電壓；步驟(4):向變形鏡驅動器施加由信號電壓與補償電壓組成的測量電壓，並記錄相應的波前斜率；步驟(5):根據測量電壓與波前斜率得到傳遞矩陣的測量結果。所述步驟(I)中，變形鏡與哈特曼波前探測器的對準誤差包括變形鏡光瞳面中心與哈特曼波前探測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於哈特曼波前探測器光瞳面的旋轉，其具體測量過程如下:(I)若令變形鏡上坐標為(X ac^i)，Y ac;t(i))的第i個驅動器的面形影響函數為
權利要求
1.一種提高自適應光學系統傳遞矩陣測量精度的方法，其特徵在於:在傳遞矩陣的測量過程中，向變形鏡驅動器施加的電壓包含信號電壓與補償電壓兩部分，具體步驟如下: 步驟(I):測量自適應光學系統的變形鏡與哈特曼波前探測器的對準誤差； 步驟(2):根據步驟(I)得到的對準誤差及自適應光學系統的設計參數得到傳遞矩陣和復原矩陣的計算結果； 步驟(3):利用復原矩陣的計算結果使自適應光學系統閉環工作校正自適應光學系統的靜態像差，並記錄閉環穩定後變形鏡各驅動器的電壓作為補償電壓； 步驟(4):向變形鏡驅動器施加由信號電壓與補償電壓組成的測量電壓，並記錄相應的波前斜率； 步驟(5):根據測量電壓與波前斜率得到傳遞矩陣的測量結果。
2.根據權利要求1所述的一種提高自適應光學系統傳遞矩陣測量精度的方法，其特徵在於:所述步驟(I)中，變形鏡與哈特曼波前探測器的對準誤差包括變形鏡光瞳面中心與哈特曼波前探測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於哈特曼波前探測器光瞳面的旋轉，其具體測量過程如下: (1)若令變形鏡上坐標為(X—ac;t(i)，Y—ac;t(i))的第i個驅動器的面形影響函數為
3.根據權利要求1所述的一種提高自適應光學系統傳遞矩陣測量精度的方法，其特徵在於:所述步驟(2)中根據步驟(I)得到的對準誤差及自適應光學系統的設計參數得到傳遞矩陣和復原矩陣的計算結果的具體過程如下: (I)根據ΛΧ、八7及Λ Θ得到考慮對準誤差以後的變形鏡各驅動器實際位置的坐標(Xnew—act，Ynew—aet)，計算方法為:當k從I取值到Nact:
4.根據權利要求1所述的一種提高自適應光學系統傳遞矩陣測量精度的方法，其特徵在於:所述步驟(5)中根據測量電壓與波前斜率得到傳遞矩陣的測量結果的具體過程如下: (1)利用R—Mal使自適應光學系統工作，閉環校正哈特曼波前探測器測得的各子孔徑斜率，記錄閉環穩定後各驅動器的電壓得到靜態像差補償電壓向量V。
(2)對i=l，2，…，Nact號驅動器先後進行以下操作:向變形鏡施加補償電壓向量V。，然後保持其他驅動器電壓不變，將第i號驅動器電壓改為l(i)+Vs，記錄在哈特曼波前探測器上測得的斜率向量:；再將第i號驅動器電壓改為KD-Vs，記錄在哈特曼波前探測器上測得的斜率向量:；其中，Vs為信號電壓，利用公式:
全文摘要
本發明涉及一種提高自適應光學系統傳遞矩陣測量精度的方法，其特點是在測量自適應光學系統傳遞矩陣過程中，向變形鏡驅動器施加的電壓包含信號電壓與補償電壓兩部分；其中，補償電壓用來對自適應光學系統的靜態像差進行預校正。本發明有效地解決了自適應光學系統傳遞矩陣測量受到靜態像差制約的狀況，進一步提高了傳遞矩陣的測量精度。
文檔編號G01J9/00GK103217223SQ201310095509
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月22日 優先權日2013年3月22日
發明者郭友明, 饒長輝, 鮑華, 張昂, 魏凱 申請人:中國科學院光電技術研究所