一种基于模型的无波前探测自适应光学系统的制作方法
【专利摘要】一种基于模型的无波前探测自适应光学系统，包括主控计算机、数模转换器、高压放大器、反射变形镜、聚焦透镜、光斑探测器、图像采集卡、波前校正方法组成，待校正的畸变波前由变形反射镜反射到聚焦透镜上，经聚焦透镜聚焦在其焦平面上的光斑探测器上，主控计算机把经过波前校正方法运算得到的控制信号输出到高压放大器，该信号再经高压放大器放大，施加到变形反射镜的各个驱动器上，使变形镜反射镜产生与待测波前方向相反的变形量，最终校正入射光束波前的各种像差。本发明结构简单，成本低，收敛速度快，易于实现且应用范围更广。
【专利说明】一种基于模型的无波前探测自适应光学系统【技术领域】
[0001]本发明属于光学【技术领域】，涉及一种新的自适应光学系统，特别是一种基于模型的无波前探测自适应光学系统。
【背景技术】
[0002]光学系统中存在的各种静态和动态像差严重影响了光学系统的性能。自适应光学技术是改善光学成像系统的分辨能力和激光系统的光束质量的有力手段。目前已在天文成像、激光传输、工业和医学成像等领域得到了应用。
[0003]常规自适应光学系统由波前传感器、波前控制器和波前校正器三个部分组成。波前传感器的存在使得整个自适应光学系统结构复杂，成本昂贵，其应用领域很难得到拓展和普及。在波前信息无法测量的应用环境中，如大气激光通信、激光腔内像差校正、扩展目标成像等，该类系统使用受限。
[0004]相比常规自适应光学技术，无波前探测自适应光学系统不再需要波前探测环节，因而系统复杂性大大降低，且有着比常规自适应光学技术更为广泛的应用空间，如上述波前无法测量的环境。但是现有的无波前探测自适应光学系统大都采用各种盲优化算法作为系统控制算法，如遗传算法、粒子群算法、随机并行梯度下降算法或模拟退火算法，这类系统称为无模型优化自适应光学系统。收敛速度慢是无模型优化自适应光学系统的最大缺陷，难以用于实时像差校正系统，仅适用于对时间没有要求的应用场合。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术结构复杂、成本高和在某些场合难以应用的不足，以及现有无波前探测自适应光学系统收敛速度慢等问题，提出一种结构简单、成本低廉、收敛速度快、易于实现且应用范围更广的新型无波前探测自适应光学系统。
[0006]本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种基于模型的无波前探测自适应光学系统，其特点是:包括主控计算机、数模转换器、高压放大器、反射变形镜、聚焦透镜、光斑探测器、图像采集卡、波前校正方法组成，待校正的畸变波前由变形反射镜反射到聚焦透镜上，经聚焦透镜聚焦在其焦平面上的光斑探测器上，主控计算机把经过波前校正方法运算得到的控制信号输出到高压放大器，该信号再经高压放大器放大，施加到变形反射镜的各个驱动器上，使变形镜反射镜产生与待测波前方向相反的变形量，最终校正入射光束波前的各种像差。
[0007]本发明所述的系统中，所述的波前校正方法的优选具体实现步骤如下:
(O定义一组表征波前像差的Zernike多项式或者K-L多项式基函数；计算各阶Zernike像差x分量、y分量的梯度二阶矩，并求逆，记为P ；
(2)由光斑探测器测量待校正像差的远场光强，经图像采集卡读入到主控计算机，以质心为中心截取JfxM大小的像面，并计算截取部分的像面光强之和，记为晃，M取值范围为10-20倍衍射极限；(3)利用Zernike或者K-L各阶模式与变形镜影响函数之间的关系得到各阶模式对应的变形镜驱动器控制信号，再经高压放大器放大施加到变形镜各驱动器，从而将各阶Zernike或者K-L像差转换为变形镜面形，将各阶Zernike或者K-L模式系数向量记为《 ；
(4)变形镜产生的各阶Zernike或者K-L像差分别与待校正波前叠加，经聚焦透镜聚焦，由放置在聚焦透镜焦平面上的光斑探测器测量叠加后的波前对应的远场光斑，再经图像采集卡读入到主控计算机，以质心为中心截取大小的像面，并计算截取部分像面的光强之和，N阶Zernike像差对应的光强之和分别记为, N为正整数；
(5)在主控计算机中，分别将与待测像差光斑之和Je做差运算，得到一及维 向量β
【权利要求】
1.一种基于模型的无波前探测自适应光学系统，其特征在于:包括主控计算机、数模转换器、高压放大器、反射变形镜、聚焦透镜、光斑探测器、图像采集卡、波前校正方法组成，待校正的畸变波前由变形反射镜反射到聚焦透镜上，经聚焦透镜聚焦在其焦平面上的光斑探测器上，主控计算机把经过波前校正方法运算得到的控制信号输出到高压放大器，该信号再经高压放大器放大，施加到变形反射镜的各个驱动器上，使变形镜反射镜产生与待测波前方向相反的变形量，最终校正入射光束波前的各种像差。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的波前校正方法的具体实现步骤如下: (O定义一组表征波前像差的Zernike多项式或者K-L多项式基函数；计算各阶Zernike像差x分量、y分量的梯度二阶矩，并求逆，记力P ; (2)由光斑探测器测量待校正像差的远场光强，经图像采集卡读入到主控计算机，以质心为中心截取MxM大小的像面，并计算截取部分的像面光强之和，记为^ , M取值范围为10-20倍衍射极限； (3)利用Zernike或者K-L各阶模式与变形镜影响函数之间的关系得到各阶模式对应的变形镜驱动器控制信号，再经高压放大器放大施加到变形镜各驱动器，从而将各阶Zernike或者K-L像差转换为变形镜面形，将各阶Zernike或者K-L模式系数向量记为》； (4)变形镜产生的各阶Zernike或者K-L像差分别与待校正波前叠加，经聚焦透镜聚焦，由放置在聚焦透镜焦平面上的光斑探测器测量叠加后的波前对应的远场光斑，再经图像采集卡读入到主控计算机，以质心为中心截取MxM大小的像面，并计算截取部分像面 的光强之和，N阶Zernike像差对应的光强之和分别记为, N为正整数； (5)在主控计算机中，分别将Z1J21与待测像差光斑之和&做差运算，得到一JV维
V向量0,0二一 ~h ;
Λ_ (6)利用公式F= 得到待校正波前对应的变形镜各控制器驱动信号，该驱动信号
Iw a经高压放大器放大施加到变形镜各驱动器，生成与待测波前方向相反的变形量，叠加到待校正波前； (7 )将校正之后的残余波前作为待校正波前，重复步骤(2)-(6)直到算法满足预先设定的终止条件，所述的终止条件包括一定的迭代次数或残余波前对应的远场光斑光强之和大于一个阈值。
【文档编号】G02B26/06GK103901617SQ201410154612
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】杨慧珍, 龚成龙, 刘强 申请人:淮海工学院