[发明专利]一种基于高帧频高空间分辨率哈特曼的气动像差测量方法

权利要求书

1.一种基于高帧频高空间分辨率哈特曼的气动像差测量方法，其特征在于：该方法利用的测量装置包括脉冲激光器(1)、激光准直模块(2)、离轴抛物面主镜(3)、焦距调节装置(4)、准直镜(5)、杂散光抑制模块(6)、衰减片滤光片模块(7)、微透镜阵列(8)、倍率匹配系统(9)、光电探测器(10)和同步触发装置(11)，脉冲激光器(1)和激光准直模块(2)组成测量光源，离轴抛物面主镜(3)、焦距调节装置(4)、准直镜(5)、杂散光抑制模块(6)、衰减片滤光片模块(7)、微透镜阵列(8)、倍率匹配系统(9)、光电探测器(10)和同步触发装置(11)组成波前传感器，测量光源和波前传感器分别安置在风洞测量窗口两侧，离轴抛物面主镜(3)、焦距调节装置(4)和准直镜(5)构成了离轴式缩束系统，测量光源出射光束通过风洞内的气动流场后入射波前传感器，经缩束模块口径变换和像差传递后，气动像差被微透镜阵列空间分割形成相对理想位置存在空间偏移的点阵，经倍率匹配系统将微透镜阵列点阵成像至光电探测器(10)，具体实现步骤如下：

步骤1：打开脉冲激光器(1)，出射光束经过激光准直模块(2)得到测量光源出射光束，测量光源出射光束通过风洞装置内的气动流场后入射到波前传感器的主缩束模块，调整离轴抛物面主镜(3)与准直镜(5)，使两者光轴重合的同时两者顶点之间的间距小于两者焦距之和，调整好后固定离轴抛物面主镜(3)与准直镜(5)的位置；然后将焦距调节装置(4)放置于离轴抛物面主镜(3)与准直镜(5)之间的光路中，并调整使焦距调节装置的光轴与离轴抛物面主镜(3)与准直镜(5)的光轴重合，出射光束通过离轴式缩束系统完成对入射光束口径的缩小出射到杂散光抑制模块(6)，再经过衰减片滤光片模块(7)后出射到微透镜阵列(8)，气动像差被微透镜阵列(8)空间分割形成相对理想位置存在空间偏移的点阵，倍率匹配系统(9)将微透镜阵列(8)所成的畸变波前子光斑点阵图像成像至光电探测器(10)，光电探测器(10)后连接同步触发装置(11)，以实现光源和光电探测器(10)气动像差同步采集；

步骤2：提取光电探测器(10)上子光斑图像，通过光斑定位技术计算子光斑相对标定位置的偏移量，利用子光斑偏移计算波前斜率；

步骤3：通过波前复原算法复原入射光束波前，高帧频高空间分辨率哈特曼波前传感器采用模式法复原波前根据子孔径分割排布和设定Zernike像差模式，构建子孔径内光斑质心偏移或斜率数据计算像差模式系数的复原矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种基于高帧频高空间分辨率哈特曼的气动像差测量方法，其特征在于：步骤1所述的测量光源为高重频窄脉宽激光，以实现气动像差极短曝光下采集。

3.根据权利要求1所述的一种基于高帧频高空间分辨率哈特曼的气动像差测量方法，其特征在于：步骤1所述的波前传感器主缩束模块可以是由离轴抛物面主镜、焦距调节装置、准直镜组成的离轴式缩束系统，也可以是任意可以实现光束口径变换的光学系统。

4.根据权利要求1所述的一种基于高帧频高空间分辨率哈特曼的气动像差测量方法，其特征在于：步骤1所述的同步触发装置(11)连接光源和光电探测器(10)，在测量气动像差时，同步触发装置(11)按照预设频率发动同步触发信号至脉冲激光器(1)和光电探测器(10)，收到触发信号后，脉冲激光器(1)发射激光脉冲，光电探测器(10)开始采集图像。

5.根据权利要求1所述的一种基于高帧频高空间分辨率哈特曼的气动像差测量方法，其特征在于：步骤1所述的倍率匹配系统(9)将微透镜阵列(8)所成的畸变波前子光斑点阵图像成像至光电探测器(10)，其倍率为固定成像倍率，也可是成像倍率可变系统。

6.根据权利要求1所述的一种基于高帧频高空间分辨率哈特曼的气动像差测量方法，其特征在于：步骤1所述的主缩束模块和倍率匹配系统(9)为可变倍率时，通过调节主缩束模块倍率和倍率匹配系统(9)倍率，可在不改变测量系统结构的情况下实现变空间分辨率、变采样频率气动像差探测。