一种基于有调制和无调制组合式棱锥波前传感器的自适应光学系统，包括：波前校正模块、分光模块、成像模块、棱锥波前传感器模块和控制模块；自适应光学系统工作前，利用有调制工作模式下的棱锥波前传感器进行系统传递函数测量；自适应光学系统工作时，利用无调制工作模式下的棱锥波前传感器进行闭环控制；本发明专利技术不仅能够在系统传递函数测量时提高信噪比，获得稳定的传递函数矩阵，同时在闭环控制过程中能够有效提高探测灵敏度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于有调制和无调制的组合式棱锥波前传感器的自适应光学系统。
技术介绍
自适应光学技术通过光电子器件实时测量波前动态误差，用快速的电子系统进行计算和控制，用能动器件进行实时波前校正，使光学系统具有自动适应外界条件变化、始终保持良好工作状态的能力。通常自适应光学系统包括三个基本组成部分探测波前误差的波前传感器、提供波前校正信号的波前控制器和动态校正畸变的波前校正器。其中波前传感器实时测量从目标或者目标附近的信标来的波前误差，是自适应光学系统中的核心单元器件，比较典型的包括剪切干涉传感器、哈特曼传感器和曲率传感器剪切干涉传感器利用光栅衍射效应产生的横向剪切干涉测量波前信息；哈特曼传感器利用子透镜阵列对应聚焦·光斑的偏离来获得入射波前的斜率信息；曲率传感器通过测量焦平面前后相同距离处的光强差异得到波前曲率分布的信息。波前传感器的探测精度直接决定了自适应光学系统的闭环校正精度，因此人们在不断研究探测精度更高、灵敏度更强的波前传感器新技术，使其能够满足自适应光学系统日益提高的性能要求。Ragazzoni在文章“Pupil plane wavefrontsensing with an oscillating prism，，Journal of Modern Optics 43,1996,中首次提出使用棱锥进行波前探测的思想，同哈特曼波前传感器一样，棱锥波前传感器也是一种以波前斜率测量为基础的波前探测装置，但是相比哈特曼波前传感器，其具有一些明显的优点首先其对光能的利用率更高；另外随着调制幅度的降低，棱锥波前传感器的探测灵敏度会逐渐提高，特别在闭环工作情况下棱锥波前传感器对信号探测的灵敏度要明显高于哈特曼传感器；而且通过改变棱锥的调制幅度和后继透镜的焦距，可以方便实现对波前探测动态范围和采样点数的调整，鉴于上述优点，棱锥波前传感器获得了快速发展。棱锥波前传感器可以采用两种工作模式，分别为有调制工作模式和无调制工作模式。国外文献“On skytest of the pyramid wavefront sensor” Proc. SPIE 4839, 2003,指出 TNG 望远镜中的自适应光学系统采用的就是有调制工作模式的棱锥波前传感器，国外文献“PYRAMIR firston-sky results from an infrared pyramid wavefront sensor’Troc.SPIE6272,2006,指出Calar Alto望远镜中的自适应光学系统采用的就是无调制工作模式的棱锥波前传感器。国外采用有调制工作模式棱锥波前传感器的自适应光学系统，传递函数测量过程和闭环控制过程中，棱锥波前传感器都工作在有调制工作模式下，而在闭环控制过程中，调制工作模式虽然增加了探测线性范围，但是却降低了棱锥波前传感器的探测灵敏度，同时由于闭环控制对探测帧频要求很高，因此对调制倾斜镜的频率要求更高，从而增加了系统的硬件复杂度；国外采用无调制工作模式棱锥波前传感器的自适应光学系统，传递函数测量过程和闭环控制过程中，棱锥波前传感器都工作在无调制工作模式下，但是由于无调制工作模式时棱锥波前传感器的探测线性范围非常小，因此在传递函数测量过程中受各种噪声和静态像差的影响程度会加剧，甚至会导致传递函数测量出现错误。目前还未见采用有调制工作模式的棱锥波前传感器进行传递函数测量，而采用无调制工作模式的棱锥波前传感器进行闭环控制的自适应光学系统报道。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题克服现有棱锥波 前传感器在传递函数矩阵测量和闭环控制过程中使用相同调制幅度的不足，提供一种基于有调制和无调制的组合式棱锥波前传感器的自适应光学系统，该系统能够在传递函数测量过程中提高测量的线性范围和精确度，而在闭环控制过程中则能有效提高探测灵敏度，从而保证自适应光学系统在探测线性范围和灵敏度方面都有明显的改善。本专利技术技术的解决方案一种基于有调制和无调制组合式棱锥波前传感器的自适应光学系统，包括波前校正模块I、分光模块2、成像模块3、棱锥波前传感器模块4和控制模块5 ;其中棱锥波前传感器模块4由调制倾斜镜6、聚焦器7、棱锥8、后继聚焦器9和探测器10组成；所述自适应光学系统闭环工作前需要对传递函数矩阵进行测量，以一束平行光入射到波前校正模块I，然后经过分光模块2后一部分光入射到棱锥波前传感器模块4，根据采用的闭环控制模式，在波前校正模块I上施加模式面形，此时通过控制调制倾斜镜6让棱锥波前传感器模块4工作在调制模式下，光束经过聚焦器7后聚焦在棱锥8的顶点上，经过棱锥8的分光作用后，光束继续传输通过后继聚焦器9，然后成像在探测器10上，通过记录探测器10上的成像光斑即获得棱锥波前传感器模块4在该模式面形下对应的探测信号，随后继续依次施加下一个模式面形并依次记录有调制工作模式下棱锥波前传感器模块4对应的探测信号，当所有模式面形对应的探测信号都测量完成后，即获得了系统在该闭环控制模式下的传递函数矩阵；当目标光入射，所述自适应光学系统开始闭环控制工作时，此时将调制倾斜镜6的控制电压置零，即让棱锥波前传感器模块4工作在无调制模式下，目标入射光经过波前校正模块I和分光模块2后,一部分光入射到棱锥波前传感器模块4,记录下棱锥波前传感器对应的探测信号，控制模块5根据该探测信号并结合已经测量得到的有调制工作模式时的传递函数矩阵进行运算处理，得到反馈控制信号，驱动波前校正模块I对波前误差进行闭环补偿校正，经过分光模块2的另一部分光入射到成像模块3，实现对目标的闭环校正成像。所述的波前校正模块I由倾斜镜和变形镜组成，采用压电陶瓷驱动式结构、或MEMS结构、或液晶结构。所述的分光模块2为强度分光、或光谱分光,或偏振分光。所述的聚焦器7和后继聚焦器9为折射式聚焦器件、或反射式聚焦器件。所述的棱锥8为折射式棱锥或反射式棱锥。所述的探测器10为科学级CXD或科学级CMOS。本专利技术与现有技术相比的优点在于(I)本专利技术采用有调制工作模式的棱锥波前传感器进行自适应光学系统传递函数矩阵测量，由于传递函数的精确性和稳定性决定了系统闭环控制的特性，而有调制工作模式时，棱锥波前传感器的探测线性范围会明显提高，这样就可以保证传递函数的测量在线性范围内进行，既可以提高测量信噪比，又能够获得比较稳定的传递函数矩阵。(2)本专利技术采用无调制工作模式的棱锥波前传感器进行自适应光学系统闭环控制，由于棱锥波前传感器在无调制工作模式时具有高的探测灵敏度，因此闭环过程中能够保证系统具有高的探测灵敏度，提高系统探测性能，同时闭环过程中采用无调制工作模式会降低系统光路的复杂性。(3)本专利技术充分利用现有棱锥波前传感器设备，无需额外增加光学器件。(4)本专利技术操作过程简单，充分利用现有自适应光学系统的闭环控制方法，无需其它复杂的运算过程。附图说明图I为本专利技术整体结构示意图；图2为棱锥波前传感器结构示意图。 具体实施例方式如图I所示，本专利技术由波前校正模块I、分光模块2、成像模块3、棱锥波前传感器模块4、和控制模块5构成；其中棱锥波前传感器模块如图2所示，由调制倾斜镜6、聚焦器7、棱锥8、后继聚焦器9和探测器10组成，波前校正模块由倾斜镜和变形镜组成，倾斜镜和变形镜可以采用压电陶瓷驱动结构、或MEMS结构、或液晶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于有调制和无调制组合式棱锥波前传感器的自适应光学系统，其特征在于包括：波前校正模块（1）、分光模块（2）、成像模块（3）、棱锥波前传感器模块（4）和控制模块（5）；其中棱锥波前传感器模块（4）由调制倾斜镜（6）、聚焦器（7）、棱锥（8）、后继聚焦器（9）和探测器（10）组成；所述自适应光学系统闭环工作前需要对传递函数矩阵进行测量，以一束平行光入射到波前校正模块（1），然后经过分光模块（2）后一部分光入射到棱锥波前传感器模块（4），根据采用的闭环控制模式，在波前校正模块（1）上施加模式面形，此时通过控制调制倾斜镜（6）让棱锥波前传感器模块（4）工作在调制模式下，光束经过聚焦器（7）后聚焦在棱锥（8）的顶点上，经过棱锥（8）的分光作用后，光束继续传输通过后继聚焦器（9），然后成像在探测器（10）上，通过记录探测器（10）上的成像光斑即获得棱锥波前传感器模块（4）在该模式面形下对应的探测信号，随后继续依次施加下一个模式面形并依次记录有调制工作模式下棱锥波前传感器模块（4）对应的探测信号，当所有模式面形对应的探测信号都测量完成后，即获得了系统在该闭环控制模式下的传递函数矩阵；当目标光入射，所述自适应光学系统开始闭环控制工作时，此时将调制倾斜镜（6）的控制电压置零，即让棱锥波前传感器模块（4）工作在无调制模式下，目标入射光经过波前校正模块（1）和分光模块（2）后，一部分光入射到棱锥波前传感器模块（4），记录下棱锥波前传感器对应的探测信号，控制模块（5）根据该探测信号并结合已经测量得到的有调制工作模式时的传递函数矩阵进行运算处理，得到反馈控制信号，驱动波前校正模块（1）对波前误差进行闭环补偿校正，经过分光模块（2）的另一部分光入射到成像 模块（3），实现对目标的闭环校正成像。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王胜千，饶长辉，
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：
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