曲率波前传感器的研究

• 作 者: 刘若凡
• 机 构: 中国科学院光电技术研究所
• 出 处: 中国科学院光电技术研究所
• 发表日期: 2005年期
• 关键词: 曲率波前传感器 传感器 光学 自适应光学 低阶像差

曲率波前传感器是自适应光学中一种很有前途的新型波前传感器。它测量的是波前在光瞳内部的局部曲率和边缘上的法向斜率，其输出信号为波前的重构提供了足够的信息。这种新颖的波前传感技术很快受到重视，并已被实际应用于自适应望远镜系统中。
本文在对衍射理论和几何光学进行近似的基础上，研究了曲率波前传感器的理论分析方法，分析了曲率波前传感器的光学方案和信号获取方法。针对曲率波前传感器的原理，深入地对曲率波前传感器波前重构算法进行了研究。提出了有限差分法的波前重构方法，并建立了笛卡儿坐标系下和极坐标系下的波前重构的差分方程。在Zernike多项式曲线拟合的波前重构算法的基础上，根据Zernike多项式的微分特性，采用两种不同的方法分别处理光瞳内的曲率和光瞳边缘上的法线上斜率，使用积分的方法解决了在边界上δ函数很难处理的问题。
比较了几种重构算法，并且运用衍射理论计算出两个离焦面上的光强分布来获得曲率传感器的输出信号，采用Zernike多项式曲线拟合的波前重构方法，进行了计算机仿真。从波前复原精度看来，证明此波前重构算法的可行性。以波前复原矩阵的秩、条件数和误差传递函数为指标，对曲率波前传感器探测器像元的布局进行了优化。通过计算机仿真在不同离焦长度的情况下对重构精度的影响，其仿真结果与理论一致。本文还设计了相应的试验方案，在试验的波前重构中，得到了较为满意的结果。
曲率波前传感器在自适应光学中适用于低阶像差的探测。曲率波前传感器和双压电晶片变形镜或薄膜变形镜配合使用，具有系统简单，速度快等特点。