[发明专利]基于Zernike多项式的波前探测和重构方法

说明书

本发明涉及一种Zernike多项式的波前和重构方法，用于自适应光学和光检验。

该技术在1978年，F.Roddier提出了曲率波前传感器的概念，1989年N.Roddier对其进行的计算机仿真，1993年应用此种传感器和双压电晶体变形镜实现了闭环实验，有关引证技术文件如下：

1.F.Roddier，M.Northcott，J.Elon.，“Asimple low-order adaptive optics system for near infrared application”，Pub.Astr.Soci.Pac.103：131-149，1991.

2.F.Roddier，“Curvature sensing：a diffraction theory”，NOAO：1-5，1987.

3.N.Roddier，“Curvature sening for adaptive optics：Acomputer simulation”：[Degree of Master of Science]，The University of Arizona，1987.

本发明的目的在于：为克服由H-S波前传感器组成的自适应学系统的复杂性和克服由曲率波前传感器组成的自适应光学系统的不足，寻求一种简单的、易实现的、快速探测且能基本适于低阶模校正的自适应光学的波前传感器。

本发明内容的具体实现方案是：运用R.Noll建议的Zernike多项式表征经大气扰动的入瞳处的光学波前畸变;求出由两个离焦面上（前后等距）的光强分布决定的归一化Zernike项在特定形状的探测器上的响应矩阵;由响应矩阵和入瞳处的波前在两个离焦面上的光强分布，求出其Zernike项系数，从而实现波前的探测和重构。

此种新型方法所做出的传感器，在自适应光学系统中适于低阶模探测。与H-S传感器和剪切干涉式波前传感器相比，具有系统简单、易于实现等特点;与曲率波前传感器相比，同属由光强探测位相方法，其探测精度占优。此种传感器也适于探测一般光学波前的象差。

利用该方法制备的传感器原理光路示于图1中。主透镜L₁的焦距为f₁，场镜L₂的焦距为f/2，L₂置于L₁的焦平面处。波前传感器原理上由两个探测器组成，一个探测器测量P₁平面上的光强分布I_-1，它在焦平面的前方;另一个探测测量P₂平面上的光强分布I₂，它在焦平面的后方。两个探测器与焦平面的距离均为1。

P₁平面和P₂平面处的探测器的形状均如图2示。

在图1示的F处放置一薄膜镜，使探测器置于薄膜镜上，通过电路驱动薄膜镜前后移动，实现前后两个离焦面上光强分布的测量，由光强分布和响应矩阵就可求出Zernike项系数。