[发明专利]基于Hadamard矩阵多通道方法的自适应光学系统传递矩阵测量装置及方法有效

专利信息
申请号: 201110322085.1 申请日: 2011-10-21
公开(公告)号: CN102494785A 公开(公告)日: 2012-06-13
发明(设计)人: 郭友明;饶长辉 申请(专利权)人: 中国科学院光电技术研究所
主分类号: G01J9/00 分类号: G01J9/00;G01M9/06
代理公司: 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251 代理人: 许玉明;顾炜
地址: 610209 *** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 基于 hadamard 矩阵 通道 方法 自适应 光学系统 传递 测量 装置
【说明书】:

技术领域

发明涉及自适应光学系统的技术领域,特别涉及一种基于Hadamard矩阵多通道方法的自适应光学系统传递矩阵测量装置,其适合驱动器单元数多的大型自适应光学系统。

背景技术

自适应光学(Adaptive Optics,AO)系统能够实时校正由于大气湍流等因素引起的波前畸变,提高成像系统的分辨力和定向能系统的聚焦能力,因此在天文观测、激光传输和人眼成像等领域具有广泛的应用。AO系统通常由波前探测、波前复原、波前校正等部分组成。目前常用的波前探测器是哈特曼夏克波前传感器(Hartmann-Shack Wavefront Sensor,HSWFS),波前校正器为变形镜(Deformable Mirror,DM)。传递矩阵为计算由变形镜驱动器的电压向量到哈特曼子孔径波前斜率向量的矩阵。传递矩阵需要在实际自适应光学系统中实测,其测量精度对于自适应光学系统校正能力具有举足轻重的作用。

为了追求更高的分辨能力,极大口径望远镜系统需求日益强烈。从Gemini的8米,到TMT的30米,EELT的42米,再到计划中的OWL的100米,如此大口径的望远镜在进行恒星高分辨力成像时需要数量巨大(1000~100000)的驱动器单元和子孔径组成的自适应光学校正系统。因此,如果采用传统的影响函数法(C.Boyer,V.Michau,G.Rousset.Adaptive optics:Interaction matrix measurements and real time control algorithms for the COME-ON project[J].SPIE Proc,1990,1237:406-423)测量传递矩阵将变得缓慢而不再适用。为此,Kasper等人在文章“Fast calibration of high-order adaptive optics systems”(JOSAA,Vol(21),1004-1008,2004)中提出了采用Hadamard矩阵方法测量传递矩阵。该方法可以有效地减小测量噪声的影响,从而以较少的重复测量次数来达到与单位矩阵测量法相同的测量误差,但是寻找高阶并且与驱动器数目接近的Hadamard矩阵并不容易。其次,该方法并没有充分利用驱动器的影响范围有限这一物理特性。Esposito等人提出利用时间域调制的方法来减小测量噪声的影响。经过调制后,测量误差理论上受到具有调制频率的测量噪声的影响。但是,这些方法都没有减少单次测量传递矩阵所需时间,受噪声影响也较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供了一种快速、高精度地测量自适应光学系统传递矩阵的装置,即一种基于Hadamard矩阵多通道方法的自适应光学系统传递矩阵测量装置,该装置单个测量周期很短、测量结果受探测噪声影响小,特别适用于驱动器单元数多的大型自适应光学系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案是:基于Hadamard矩阵多通道方法的自适应光学系统传递矩阵测量装置,该装置包括:光源、空间滤波器、准直透镜、变形镜、反射镜、哈特曼波前探测器、波前记录器、数据处理单元、通道划分器和高压放大器;其中,

光源、空间滤波器和准直透镜产生与变形镜和哈特曼波前探测器口径相匹配的平面波;

通道划分器根据变形镜的面形影响函数模型确定有效影响区域,并根据变形镜驱动器与哈特曼波前探测器子孔径的布局对变形镜的驱动器进行通道划分;

数据处理单元根据通道划分器划分的通道数目确定使用的Hadamard矩阵的阶次,并向各通道输出电压,经高压放大器后施加到变形镜将平面波反射进入哈特曼波前探测器,并由波前记录器计算并存储波前斜率;最后,数据处理单元通过对波前斜率矩阵进行运算和多通道分离,求取传递矩阵。

所述的光源也可以用观测目标或空间参考目标替代,只是需先进行标定和增加重复测量次数,以减弱大气湍流引入的波前斜率误差。

所述的变形镜面形影响函数模型可以由商用干涉仪测量。

所述的Hadamard矩阵阶次的选取由变形镜驱动器数目和有效影响半径决定。

所述的传递矩阵测量结果为稀疏矩阵,矩阵中零的数目由哈特曼传感器与变形镜的布局及变形镜的有效影响半径决定。

根据上述基于Hadamard矩阵多通道方法的自适应光学系统传递矩阵测量装置的测量方法,该测量方法传递矩阵测量步骤分为:多通道生成、多通道测量和多通道分离;具体如下:

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