[发明专利]一种采用空间分辨率可调的哈特曼波前传感器实现的波前复原方法

说明书

一种空间分辨率可调的哈特曼波前传感器及波前复原方法，属于光电检测领域，包括工控机；与工控机相连的焦距变换装置和光电探测装置，所述焦距变换装置的光轴方向平行于被测光束的法线方向；设置在焦距变换装置和光电探测装置之间的波前分割装置，光电探测装置的接收面位于波前分割装置的焦平面处；焦距变换装置收集被检测光束，通过波前分割装置聚焦于光电探测装置接收面上，同时在光电探测装置接收面上形成阵列光斑信息，通过工控机记录阵列光斑信息并计算出波前复原信息。本发明可根据被测光束的实际探测需求调节空间分辨率，进一步提升波前传感器的探测性能，能在大动态范围探测需求条件下提升测量精度，为高精度的波前探测提供了有力保障。

技术领域

本发明属于光电检测技术领域，具体涉及一种空间分辨率可调的哈特曼波前传感器及波前复原方法。

背景技术

哈特曼波前传感器具有结构紧凑、抗干扰能力强、光能利用率高等优点，其在自适应光学、光学检测、光电探测等领域得到了广泛应用。

公开号为CN1245904的中国专利公开了一种哈特曼波前传感器的经典结构形式，它是采用如微透镜阵列等光学元件，对入射光波的波前进行空间分割，将波面分割成多个子区域，最后将每个子区域的光束聚焦于光电探测器的接收面上，在接收面上形成一系列的阵列光斑，最后通过对阵列光斑质心的变化信息进行分析、处理，结合相应的复原算法，从而获得被测光束的波前信息。由于这种结构形式的波前传感器具有标定系统误差的优点，使其在实际的工程应用中备受青睐。在大动态范围需求的前提下，如何提升哈特曼波前传感器探测精度的研究工作已经成为一个研究热点。

影响哈特曼波前传感器探测精度的因素主要有：信息提取、复原算法、结构形式。信息提取方面，光斑质心变化信息的准确提取，是实现高精度波前复原的保障，因此可以通过提升质心计算的精度，提高波前探测精度，例如“哈特曼夏克波前传感器的高精度质心探测方法”(李晶,巩岩等.[J].中国激光,2014,41(3))。波前复原方面，根据质心计算提供的信息，准确的重新构建被测光束的波前信息，因此通过改进、优化波前复原的算法，可以有效提升精度，例如公开号为CN102749143A的中国专利公开的一种提高夏克-哈特曼波前传感器测量精度的波前重构方法。从结构形式方面，可以通过提升空间分辨率的方式，增加波前分割子区域的数量，提高波前探测的精度。虽然通过优化信息提取的手段和波前重构算法能够进一步提升波前重构的精度，但是空间分辨率始终是波前探测的前提条件。在采用模式法进行波前复原时，无论是信息提取方面还是波前复原方面，都无法决定能够采用多少阶泽尼克多项式对被测波前进行复原。而采用足够的阶数，是保障完好复原出被测波前的保障。例如，当被测光束含有35阶的高阶像差时，而空间分辨率仅为2×2，在这样空间分辨率的条件下，仅能实现低阶像差成分的复原(前7阶)，无法体现出35阶的高阶项，在这样的条件下，无论是信息提取方面还是波前复原算法方面，都无法提升精度，只能提升空间分辨率。当空间分辨率提升到10×10时，其能够实现65阶像差的复原，在这样空间分辨率的前提下，采用优化信息提取的手段和波前重构算法的方法才更加有意义。

然而，目前缺少一种能够有效调节波前传感器空间分辨率的方法，因此迫切需要研制出一种能够在动态范围较大的条件下，依然可以进一步提升波前探测的精度的哈特曼波前传感器。

发明内容

为了解决如何在大动态范围条件下提升哈特曼波前传感器的探测精度的难题，本发明提供一种空间分辨率可调的哈特曼波前传感器及波前复原方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种空间分辨率可调的哈特曼波前传感器，包括：

工控机；

与工控机相连的焦距变换装置和光电探测装置，所述焦距变换装置的光轴方向平行于被测光束的法线方向；

设置在焦距变换装置和光电探测装置之间的波前分割装置，所述光电探测装置的接收面位于波前分割装置的焦平面处；