[发明专利]一种无波前检测自适应光学系统及光束相位调整方法

说明书

本发明实施例提供了一种无波前检测自适应光学系统及光束相位调整方法，其中系统包括：变形镜，用于对所接收光束进行相位调整；成像模块，用于接收来自变形镜的光束，并将光束成像为光斑图像；卷积神经网络模块，用于接收光斑图像，并预测光斑图像对应的Zernike系数；电压转换模块，用于将Zernike系数转换为变形镜驱动器电压，以使变形镜对光束进行相位调整，能够快速地将光斑图像转化为对应的变形镜驱动器电压，满足相位调整实时性需求。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种无波前检测自适应光学系统及光束相位调整方法。

背景技术

自适应光学技术是一种用于天文、医学和激光通信等领域的技术。其中，自适应是指光学系统自动适应不同实验条件的能力，自适应光学系统能够补偿由物像之间的媒介引起的光学效应，例如，大气湍流对光束的影响。

自适应光学技术分为有波前探测自适应光学技术和无波前探测自适应光学技术两种。与有波前探测自适应光学技术相比，无波前探测自适应光学技术具有系统结构简单、不受闪烁等畸变条件限制、对复杂环境适应能力强等优点，成为研究热门领域。

大气湍流对光束的影响体现为相差，影响光学系统成像，因此需消除该相差。图1为一个典型的无波前检测自适应光学系统，如图1所示，受到大气湍流扰动的光束首先经过系统的变形镜进行相位补偿(调整)，补偿后的残余波前入射到分光棱镜上，形成两束光线。其中一束光线耦合进入光纤进一步传输，另一束光线则经由CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)相机获取对应的光斑图像。CCD相机获取的光斑图像通过控制器进行处理，得到变形镜的驱动电压。该驱动电压控制变形镜对入射光束的相位作进一步调整。整个系统形成闭合的控制回路，能够实现对光束相位的实时补偿。

现有的无波前检测自适应光学系统，通常采用盲优化算法对光斑图像进行处理，例如，采用SPGD(Stochastic Parallel Gradient Descent Elgorithm，随机并行梯度下降法)，但是这种算法需要进行数次的迭代计算，因此存在收敛速度慢的问题，导致光斑图像处理变慢，难以满足实时性需求。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种无波前检测自适应光学系统及光束相位调整方法，以实现在无波前检测自适应光学系统中，提高对光斑图像的处理速度。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种无波前检测自适应光学系统，所述系统包括：

变形镜，用于对所接收光束进行相位调整；

成像模块，用于接收来自所述变形镜的光束，并将所述光束成像为光斑图像；

卷积神经网络模块，用于接收所述光斑图像，并预测所述光斑图像对应的Zernike系数；其中，所述卷积神经网络模块是根据各样本光斑图像，以及各样本光斑图像对应的Zernike系数训练得到的；

电压转换模块，用于将所述Zernike系数转换为变形镜驱动器电压，根据所述变形镜驱动器电压控制所述变形镜的面形变化，以使所述变形镜对所述光束进行相位调整。

可选地，所述卷积神经网络模块中，所述卷积神经网络包括至少三层卷积层、至少三层池化层、以及至少两层全连接层。

可选地，所述系统还包括：

分光棱镜，用于对所述光束进行分光，分光后的光束不小于两条；

光纤，用于接收并传输所述分光棱镜分出的其中一条光束；

所述成像模块，具体用于：

接收所述分光棱镜分出的其中一条光束，并将所述光束成像为光斑图像。

第二方面，本发明实施例提供了一种无波前检测自适应光学系统的光束相位调整方法，所述方法包括：