[发明专利]一种偏振调制哈特曼-夏克波前探测装置

说明书

本发明公开了一种偏振调制哈特曼‑夏克波前探测装置，利用波前探测目标光与背景杂散光之间偏振特性差异，通过在微透镜阵列前增加可旋转的波片和检偏器，对入射光束进行偏振调制，获取不同偏振调制状态下的强度分布阵列，并利用偏振复原方法得到单个微透镜对应区域光束偏振信息，最终计算波前斜率并复原波前像差，实现对入射光束波前探测。相对于传统哈特曼‑夏克波前探测装置，本发明专利将波前探测从强度探测维度变换到偏振探测维度，利用目标光与背景杂散光偏振特性差异，将目标光从背景杂散光中分离出来，极大提升信背比，实现强背景下波前探测。本发明特别适合强背景条件下波前探测应用领域，拓展应用范围，提升探测能力，结构简单。

技术领域

本发明属于波前像差测量技术领域，特别涉及一种偏振调制哈特曼-夏克波前探测装置。

背景技术

哈特曼-夏克波前探测技术是一种通用的经典波前相位检测技术，其广泛应用于自适应光学、天文、光学检测、生物医学等重要领域。当背景杂散光不强时，哈特曼-夏克波前探测技术不仅可以应用于点源目标探测，还可以应用于扩展目标探测，并分别采用质心算法和互相关算法获取高精度波前相位信息。当目标探测的信背比较低或背景杂散光较强时，点源目标或扩展目标在哈特曼-夏克传感器微透镜阵列子孔径中的成像信息就会被淹没，对比度极大下降，无法以来传统质心算法或互相关算法有效提取成像强度信息在单个子孔径中的位置偏移，并导致波前探测精度降低甚至失效。因此，传统哈特曼-夏克波前探测技术无法应用于强背景杂散光条件下进行波前探测，应用领域和探测能力均受到极大限制。减固定阈值(姜文汉等，夏克-哈特曼波前传感器的探测误差[J].量子电子学报，02:218，1998)、窄带光谱滤波(J.Beckers et al.,Using laser beacons for daytimeadaptive optics[J].Experimental Astronomy,11(2):133,2001)、视场偏移(C.Li etal.,Field of view shifted Shack-Hartmann wavefront sensor for daytimeadaptive optics system[J].Optics Letters,31(19):2821,2006)等方法虽然在一定程度上能够提升波前探测信背比，但依然无法实现强背景杂散光波前探测应用场景。

上述问题的根源在于传统哈特曼-夏克波前探测技术，其波前误差信息提取均停留在强度维度，目标信号光与背景杂散光融为一体，虽然通过减固定阈值等手段可一定程度上减弱背景杂散光影响，但无法从根本上对二者进行区分。偏振是光的固有属性，它反映了光的横波特性。相对于传统强度成像技术，偏振成像技术能够同时获取目标物体空间分布信息和理化信息，大大提高了目标信息量，具有传统强度成像所不具备的能力和特点。

基于以上背景，本发明一种偏振调制哈特曼-夏克波前探测装置，其利用目标信号光与背景杂散光的偏振特性差异，在偏振维度对入射的目标信号光和背景杂散光进行区分，改变传统哈特曼-夏克波前探测装置在强度维度无法区分的状态，显著提升信背比，拓展哈特曼-夏克波前探测装置的应用领域和探测精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何在偏振维度对入射的目标信号光和背景杂散光进行区分，从而提高哈特曼-夏克波前探测信背比，拓展应用领域和探测精度。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种偏振调制哈特曼-夏克波前探测装置，通过对入射光束进行偏振调制，获取不同偏振调制状态下的强度分布阵列，并利用偏振复原方法得到单个微透镜对应区域光束偏振信息，最终计算波前斜率并复原波前像差，实现对入射光束波前探测。相比于传统哈特曼-夏克波前探测装置，本发明利用入射目标光与背景杂散光偏振特性差异，在偏振维度进行波前探测，特别有利于区分入射目标光与背景杂散光，提升波前探测信背比，拓展波前探测应用领域和探测精度。