一种基于光瞳映射模型的哈特曼波前复原方法技术

本发明专利技术提供一种基于光瞳映射模型的哈特曼波前复原方法，根据哈特曼波前传感器的入射光瞳信息，通过数据处理方式，提取光瞳分布的时域/空域非均匀性特性导致的子孔径质心偏差，选择质心偏差小的子孔径，通过重构模式复原矩阵的形式完成波前复原。该方法综合考虑了光瞳的非均匀特性，尤其适于具备动态强度分布特性光瞳的哈特曼波前探测。同时，对动态强度分布光瞳下的像差准确校正、多校正器稳定解耦等方面也可提供一定的辅助作用。等方面也可提供一定的辅助作用。等方面也可提供一定的辅助作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光瞳映射模型的哈特曼波前复原方法


[0001]本专利技术属于光学信息测量
，具体涉及一种基于光瞳映射模型的哈特曼波前复原方法。

技术介绍

[0002]哈特曼波前传感器是一种兼具高精度和高灵敏度的波前测量手段，已成功应用于自适应光学、光电系统集成、光学检测等领域。哈特曼波前传感器以子孔径阵列的形式，对光学波面进行微分，由子光斑提取子孔径斜率、子波前二阶矩及子孔径光斑反演信息等解算完整波面的相位信息(即，波前信息)。
[0003]当待测光束光瞳强度分布存在空域/时域非均匀特性时，光瞳强度分布对子光斑成像有贡献，可能导致子光斑形态退化甚至缺失，增大波前探测信息的提取误差，影响波前复原结果。因此，针对非均匀强度分布的入射光瞳波前探测，需要发展相应地波前复原手段来提升波前复原精度。近年来已先后发展了“哈特曼波前传感器质心测量精度优化方法”(专利号CN101055223)、“一种采用分时曝光的哈特曼波前传感器”(专利公布号CN102607718A)和“一种适应背景变化点源目标波前探测的夏克
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哈特曼波前传感器”(专利公布号CN1971222)等方法，但这些方法均未定量考虑入射光瞳强度分布造成的影响，难以量化波前复原精度优化效果。
[0004]本专利技术涉及方法中，针对以上问题，提出基于光瞳映射模型的哈特曼波前复原方法。根据哈特曼波前传感器的入射光瞳信息，通过适当的数据处理方式，提取光瞳分布的时域/空域非均匀性特性导致的子孔径质心偏差，选择质心偏差小的子孔径，通过重构模式复原矩阵的形式完成波前复原。该方法综合考虑了光瞳的非均匀特性，尤其适于具备动态强度分布特性光瞳的哈特曼波前探测。同时，对动态强度分布光瞳下的像差准确校正、多校正器稳定解耦等方面也可提供一定的辅助作用。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：当待测光束光瞳强度分布存在空域/时域非均匀性时，子孔径对应区域的近场光强会影响子光斑形态，造成子孔径波前复原信息的提取误差。针对这一问题，提出一种定量考虑了光瞳强度分布影响的波前复原方法，尽可能减小波前复原误差，提高波前复原精度。
[0006]本专利技术要解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于光瞳映射模型的哈特曼波前复原方法，本方法以空域/时域非均匀光瞳下的高精度波前复原为目标，通过入射光瞳强度分析，选择波前复原的有效子孔径，重构模式复原矩阵，完成波前复原。
[0007]具体实现步骤如下：
[0008]步骤(1)、搭建哈特曼波前传感器，在波前探测前获取入射光束的光瞳强度分布信息。光瞳强度分布信息可以随哈特曼波前传感器波前探测过程同步获取，也可以采用光瞳先验信息、预采集或事后处理等形式。
[0009]步骤(2)、利用入射光束的光瞳强度分布信息，结合哈特曼波前传感器结构参数，理论计算该光瞳分布在平面波相位下的子光斑图像。分析各子孔径的波前复原信息受光瞳强度分布影响的程度，选择受强度分布影响小的子孔径作为有效子孔径，重构波前复原矩阵；
[0010]各子孔径的波前复原信息可以为子孔径斜率，也可以为子波前二阶矩或子孔径光斑反演信息等。
[0011]有效子孔径判据可采用子孔径斜率/二阶矩等信息的理论偏移量或统计值，也可采用子光斑形态分析等方法。
[0012]步骤(3)、将光束入射到哈特曼波前传感器上，采集哈特曼波前传感器的子光斑图像，提取各子孔径波前复原信息，利用重构的波前复原矩阵完成波前复原。各子孔径波前复原信息提取过程中，可并行进一步操作如子孔径减阈值、子孔径加窗、质心修正、斜率加权等。
[0013]本专利技术的原理是：通过入射光瞳映射模型获取近场强度分布对哈特曼子光斑影响情况，据此选择哈特曼有效子孔径，利用有效子孔径完成波前复原。
[0014]本专利技术与现有技术相比具有如下优点：本方法综合考虑了光瞳分布的时间/空间非均匀特性，可望提升非均匀光瞳下哈特曼波前复原的准确性和稳定性。本方法可提高哈特曼波前传感器的实用能力，使异形、闪烁等光瞳条件下的波前准确探测或复原控制成为可能。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的一种基于光瞳映射模型的哈特曼波前复原方法工作光路图，其中，1为分光镜BS，2为微透镜阵列，3为哈特曼探测器，4为光瞳探测器；
[0016]图2为本专利技术涉及方法与传统方法对空域非均匀近场的波前复原结果对比图；
[0017]图3为本专利技术的一种基于光瞳映射模型的哈特曼波前复原方法的工作流程图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。
[0019]如图2所示，本专利技术的一种基于光瞳映射模型的哈特曼波前复原方法的具体实施方式如下：
[0020]步骤(1)、搭建哈特曼波前传感器，同步采集光瞳强度分布图像。本实施例中，哈特曼波前传感器子孔径共76个，正方形布局，每个子孔径尺寸1mm
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1mm，焦距21.7mm。入射光瞳Φ10mm，强度动态非均匀，光强填充因子F在0.2～0.8之间(F因子越低，表示近场光强越不均匀)。拟探测前15阶泽尼克模式像差。
[0021]如图1所示，哈特曼波前传感器包括微透镜阵列2和哈特曼探测器3。待测光束经分光镜BS 1分光，一部分经微透镜阵列2聚焦成像在哈特曼探测器3上，另一部分入射到光瞳探测器4。光瞳探测器4用来获得光瞳映射模型，哈特曼探测器3根据成像光斑阵列和光瞳映射模型进行波前复原。
[0022]步骤(2)、利用入射光束的光瞳强度分布信息，结合哈特曼波前传感器结构参数，理论计算该光瞳分布在平面波相位下的子光斑图像。分析各子孔径斜率受光瞳强度分布影
响的程度，选择受强度分布影响小的子孔径作为有效子孔径，重构波前复原矩阵；
[0023]本实施例中，哈特曼波前传感器提取各子孔径斜率的同时，根据光瞳强度分布计算各子孔径在近场影响下斜率偏移情况，选择斜率偏离0.1像素的子孔径为有效子孔径。根据有效子孔径序号重构模式复原矩阵。
[0024]哈特曼探测器得到的光斑阵列斜率信息记为S，根据光瞳映射模型得到的斜率误差矩阵为Se。S和Se为相同维度的矩阵。若abs(Se)>0.1，则对应序号的斜率S置零，并认为是无效子孔径。然后根据有效子孔径序号重构模式复原矩阵G。
[0025]步骤(3)、利用重构的波前复原矩阵完成波前复原。具体计算过程为：复原波前W＝GS。
[0026]在本实施例中，统计了6000组不同近场分布在一定像差水平下的波前复原结果。光场近场填充因子在0.2～0.8之间波动，平均F≈0.5，输入波前RMS≈2λ。统计表明，本哈特曼波前传感器在均匀近场下，波前复原残差RMS≈0.18λ；而非均匀近场下，本方法和传统方法的复原残差如图2所示，可以看出，通过选择有效子孔径，可以提高波前复原精度，在F因子较低时，优化效果更为明显。统计结果中，F≤0.4的数据约1800组，传统方法平均复原残差RMS≈0.50λ，本方法平均复原残差RMS≈0.38本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光瞳映射模型的哈特曼波前复原方法，其特征在于，实现步骤如下：步骤(1)、搭建哈特曼波前传感器，在波前探测前获取入射光束的光瞳强度分布信息；步骤(2)、利用入射光束的光瞳强度分布信息，结合哈特曼波前传感器结构参数，理论计算该光瞳分布在平面波相位下的子光斑图像，分析各子孔径的波前复原信息受光瞳强度分布影响的程度，选择受强度分布影响小的子孔径作为有效子孔径，重构波前复原矩阵；步骤(3)、将光束入射到哈特曼波前传感器上，采集哈特曼波前传感器的子光斑图像，提取各子孔径波前复原信息，利用重构的波前复原矩阵完成波前复原。2.根据权利要求1所述的一种基于光瞳映射模型的哈特曼波前复原方法，其特征在于：步骤(1)所述的光瞳强度分布信息可以随哈特...

【专利技术属性】
技术研发人员：何星，林海奇，杨康建，王帅，杨平，
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：