一种测量哈特曼波前传感器子孔径中倾斜像差的方法技术

一种测量哈特曼波前传感器子孔径中倾斜像差的方法，用相位调制器分别对子孔径范围内的子光波进行第1阶、第2阶Walsh函数形式二元相位调制，每次调制后的子光波被微透镜聚焦进入对应的单模光纤选模滤波，单敏探测器在光纤另一端接收无调制、第1阶调制和第2阶调制三种状态最终出射的三个光强数据，根据光强数据求得子波前中第1阶和第2阶Walsh函数系数，利用该两阶Walsh函数与倾斜像差的对应比例关系，得到子孔径内子波前中对应的两个方向倾斜像差系数；本发明专利技术充分减少每个子孔径对应的探测单元数，大大减小探测信息量，实现在单个子孔径中，用单敏光电探测器代替光电探测器阵列，提高探测速度，降低了器件成本，同时波前探测的精度不受探测单元数减少的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量倾斜像差的方法，尤其涉及。
技术介绍
波前相位测量是光学检测技术、自适应光学技术的核心问题，目前主要通过各类波前传感器测量波前来解决。其中哈特曼波前传感器是目前最流行、应用最广泛的波前传感器之一。中国专利申请公开说明书(申请号98112210.8，公开号CNl 245904A )公开的一种哈特曼波前传感器，其实现方式主要采用微透镜阵列将通光口径分割成许多子孔径，入射光波被子孔径分割成许多子光波，每个子光波均被对应的微透镜聚焦到光电探测器阵列(如C⑶或CMOS相机)上形成光斑。通过比较带像差光波入射时的光斑质心相对于标定时平面波入射条件下光斑质心的偏移量，即可求出每个子孔径内子光波波前的倾斜像差分量，进而根据波前复原算法重构入射波前相位。哈特曼波前传感器具有一系列优点，比如同时测量两个方向的波前斜率，光能利用率高，结构简单，在连续或脉冲光方式下均能工作。随着哈特曼波前传感技术的不断发展，深入的研究工作主要集中在提升精度和提高速度两个方面。哈特曼波前传感器的探测速度和测量精度主要由光电探测器阵列性能所决定。为了提高波前测量精度，光斑质心的准确探测必不可少，这就要求每个子孔径对应的光电探测器阵列像素数尽量多和像素排列尽量细密。但波前探测速度也是波前传感器的一项重要性能指标，甚至直接决定了其是否能够应用于某些特定条件下的自适应光学系统中。为提升哈特曼波前传感器的波前探测速度，就要求子孔径对应的光电探测器阵列像素数尽量少，从而减少探测的信息量，提高图像探测帧频。然而哈特曼波前传感器本质上是一种斜率型的波前传感器，在以探测光斑质心偏移计算斜率的机制下，为获得光斑质心横纵两个方向的偏移量，理论上每个子孔径最少需要对应四个探测单元。该极限情况下虽然能实现较高的波前探测速度，但是探测的精度和动态范围均已受到很大的限制。因此，如何在提高哈特曼波前传感器探测速度的同时，保证甚至提升测量精度是一个急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题:为了摆脱传统哈特曼波前传感器通过光斑质心偏移实现测量子孔径中倾斜像差的限制，解决哈特曼波前传感器探测速度提高和测量精度提升之间的矛盾，提供，充分减少每个子孔径对应的探测单元数(甚至只对应单个探测单元)，大大减小探测信息量，实现在单个子孔径中，用单敏光电探测器代替光电探测器阵列，提高探测速度，降低了器件成本，同时波前探测的精度不受探测单元数减少的影响。为实现所述目的，本专利技术提供，其特征在于通过以下步骤实现:步骤1:哈特曼波前传感器子孔径中子波前可由Walsh函数序列展开，展开项中第I阶Walsh函数系数iV1和第2阶Walsh函数系数~'2，与子波前中x方向倾斜像差(第I阶Zernike多项式)系数y方向倾斜像差(第2阶Zernike多项式)系数αζ2存在一定的比例关系kp k2，可由哈特曼波前传感器子孔径排布特征确定，即有:aZi = Icl.= k2.aW2 ;( I )步骤2:在哈特曼波前传感器子孔径范围内的子光波进入微透镜之前，分别对其进行第1、第2阶Walsh函数二元相位调制，且调制幅度为“_β ”，即调制时相位调制器附加的相位信号为.Wi,其中i取I或2，Wi表示第i阶Walsh函数形式。步骤3:调制后的子光波被微透镜聚焦进入其后的单模光纤进行Walsh函数二元像差选模滤波，单模光纤只让子光波波前相位展开式(Walsh函数形式展开)中的基模成分(第O阶Walsh函数项)通过；步骤4:单敏探测器在单模光纤另一端，接收经过每次调制滤波后最终出射的光强大小，得到三种情况下光强数据山(无调制XI1 (第I阶Walsh函数二元相位调制)和I2(第2阶Walsh函数二元相位调制)；步骤5:根据Ic^ I1, I2和β，由二元相位调制滤波数学模型，求解得到子孔径内子波前中第1、2阶Walsh函数系数大小为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量哈特曼波前传感器子孔径中倾斜像差的方法，其特征在于通过以下步骤实现：步骤1：哈特曼波前传感器子孔径中子波前由Walsh函数序列展开，展开项中第1阶Walsh函数系数和第2阶Walsh函数系数与子波前中x方向倾斜像差，即第1阶Zernike多项式系数和y方向倾斜像差，即第2阶Zernike多项式系数存在一定的比例关系k1、k2，由哈特曼波前传感器子孔径排布特征确定，即有： a Z 1 = k 1 · a W 1 和 a Z 2 = k 2 · a W 2 ; - - - ( 1 ) 步骤2：在哈特曼波前传感器子孔径范围内的子光波进入微透镜之前，分别对子光波进行第1、第2阶Walsh函数二元相位调制，且调制幅度为“‑β”，即调制时相位调制器附加的相位信号为‑β·Wi，其中i取1或2，Wi表示第i阶Walsh函数形式；步骤3：调制后的子光波被微透镜聚焦进入之后的单模光纤进行Walsh函数二元像差选模滤波，单模光纤只让子光波波前相位展开式即Walsh函数形式展开中的基膜成分，即第0阶Walsh函数项通过；步骤4：单敏探测器在单模光纤另一端，接收经过每次调制滤波后最终出射的光强大小，得到三种情况下的光强数据，即：无调制光强I0、第1阶Walsh函数二元相位调制I1和第2阶Walsh函数二元相位调制I2；步骤5：根据I0、I1、I2和β，由二元相位调制滤波数学模型，求解得到子孔径内子波前中第1、2阶Walsh函数系数大小为： a W i = tan - 1 ( I i / I 0 - cos β sin β ) , i = 1,2 ; - - - ( 2 ) ; 步骤6：由步骤5求得的第1、2阶Walsh函数系数结合步骤1 中确定的比例系数k1、k2，即求出子孔径内子波前x、y两个方向倾斜像差系数即子波前的Zernike多项式展开式中第1、2阶Zernike多项式系数。FDA00002779535900011.jpg,FDA00002779535900012.jpg,FDA00002779535900013.jpg,FDA00002779535900014.jpg,FDA00002779535900018.jpg,FDA00002779535900021.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种测量哈特曼波前传感器子孔径中倾斜像差的方法，其特征在于通过以下步骤实现: 步骤1:哈特曼波前传感器子孔径中子波前由Walsh函数序列展开，展开项中第I阶Walsh函数系数％和第2阶Walsh函数系数~2 ’与子波前中x方向倾斜像差，即第I阶Zernike多项式系数 和y方向倾斜像差，即第2阶Zernike多项式系数存在一定的比例关系kp k2，由哈特K波前传感器子孔径排布特征确定，即有:2.根据权利要求1所述的一种测量哈特曼波前传感器子孔径中倾斜像差的方法，其特征在于:所述步骤I中Walsh函数形式与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，杨平，许冰，刘文劲，雷翔，晏虎，董理治，高源，程生毅，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51