[发明专利]采用双通道偏振编码的波前传感系统、波前信息解码方法

说明书

本发明公开了一种采用双通道偏振编码的波前传感系统、波前信息解码方法，首次利用了波前信号中的偏振信息，实现了光斑图案位置信息的偏振编码和解码，摆脱了传统夏克‑哈特曼传感器对光电阵列传感器的依赖，同时也解决了暗弱目标波前探测方面的痛点，探索了单点探测器在波前传感领域的应用潜力，也进一步拓展了自适应光学系统的应用领域。

技术领域

本发明涉及自适应光学领域，特别是一种采用双通道偏振编码的波前传感系统、波前信息解码方法。

背景技术

在自适应光学领域中，能够实时测量波前像差的波前传感系统具有重要的作用，其中应用最广泛的是夏克-哈特曼波前传感系统。对于常规目标，夏克-哈特曼传感系统能够实现稳定准确的波前探测，但对于暗弱目标，受到光电阵列传感器自身的灵敏度和噪声限制，该系统无法实现有效的波前探测。实际上，由于观测目标的回波信号非常微弱，即使采用能够深度制冷的高端阵列传感器也无法显著改善系统的信噪比，同时还增加了上百万元的系统成本。因此，有必要针对暗弱目标开发出一套灵敏度高、信噪比高、成本低廉的波前传感系统，进一步拓展自适应光学系统的应用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种采用双通道偏振编码的波前传感系统、波前信息解码方法，无需人工干预偏振编码工作，解决编码延时的问题；解决现有夏克-哈特曼波前传感系统在暗弱目标探测方面灵敏度低、信噪比低、成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种采用双通道偏振编码的波前传感系统，包括：

分光棱镜，用于将目标回波信号分为光强相等的两路光，且目标回波信号相位信息不变(即两路光的相位信息相同)；

所述两路光分别为两个结构相同的波前传感单元的入射光；

所述波前传感单元包括：

微透镜阵列，用于聚焦入射光；

偏振编码元件，用于将微透镜阵列聚焦后得到的入射光斑的位置信息编码到二位偏振信息上；

4F传像系统，用于将偏振编码元件得到的聚焦光斑图案成像在光斑分选系统上；

光斑分选系统，用于通过同步信号触发将光斑依次反射或透射进入偏振解码系统。

本发明中，两个波前传感单元的微透镜阵列焦平面垂直。

本发明将哈特曼传感器聚焦光斑的位置信息直接编码到偏振信息上，偏振编码工作在信号传输的物理过程中即可自然完成，无需人工干预；偏振编码过程对于所有光斑同时发生，并且由于是物理过程，因此没有产生任何编码延时。本发明采用双通道方案(分光棱镜将目标回波信号分为光强相等的两路光)，相比单通道方案的系统精度更高。由于用偏振度信息解算光斑位置是在理想状态下推导的结果，实际中存在一定误差，单通道方案的精度受到该误差的影响，导致精度相对较低，本发明的双通道方案可以规避误差的影响，极大地提高了系统精度。

所述微透镜阵列的子透镜为圆形、矩形或六边形结构。

所述偏振编码元件为径向偏振片、角向偏振片、径向偏振片阵列、角向偏振片阵列中的一种；所述径向偏振片阵列，或角向偏振片阵列的子单元与所述微透镜阵列的子透镜具有相同的外形尺寸，且所述径向偏振片或径向偏振片阵列的子单元、所述微透镜阵列的子透镜的投影面均垂直于光轴平面。

所述偏振编码元件设置于所述微透镜阵列的焦平面处。

本发明采用的传像系统为4F传像系统，所述4F传像系统两个正透镜之间的间距为两个正透镜焦距之和；所述4F传像系统的前焦面与所述微透镜阵列的焦平面重合。