[发明专利]基于衍射光学元件的通用型大气湍流相位屏的设计方法

摘要

本发明公开了一种基于衍射光学元件的通用型大气湍流相位屏的设计方法。本方法首先根据衍射光学元件的量化精度和实际使用的精度要求，确定大气湍流相位屏误差范围。之后根据误差范围通过优化算法对功率谱进行采样设计，得到模拟大气湍流所需要使用的采样序列。之后，结合这一采样序列与大气湍流的稀疏谱模型，生成符合误差精度要求的，满足任意功率谱分布的大气湍流相位屏。本方法弥补了传统的基于衍射光学技术的大气湍流相位屏由于模拟过程的随机特性带来的误差不可控的问题，可以产生功率谱满足任意统计规律的大气湍流相位屏。本发明所公开的办法可以为包括自适应光学系统，激光通信系统等多种系统的检测提供可靠的大气湍流模型信号。

主权项

一种基于衍射光学元件的通用型大气湍流相位屏的设计方法，其特征在于按照如下步骤进行：步骤一，根据衍射光学元件的量化精度确定每个频段k的最小允许相位差εm(k)，根据实际系统的检验精度要求确定每个频段最大允许相位差εM(k)，根据衍射光学元件大小确定大气湍流相位屏的长和宽为M×N，根据大气湍流测量的数据确定功率谱分布特征PSD(k)，相干长度，内尺度和外尺度，在某一个频率段k1大气湍流相位屏的允许相位差为ε(k1)；步骤二，根据上述参数计算得到模拟所需要的功率谱采样点在各个方向上的数目和位置，确定采样序列Samp(x,y)；步骤三，利用采样序列Samp(x,y)和大气湍流相位屏功率谱特征PSD(k)，生成大气湍流功率谱采样矩阵SamPSD(kx,ky)；步骤四、将功率谱采样矩阵SamPSD(kx，ky)与同等大小的白噪声矩阵相乘得到随机功率谱矩阵RandPSD(kx,ky)，通过系数迭代生成大气湍流相位屏φ(x,y)，其中，kx,ky为空间频率采样坐标，x,y为相位屏空间坐标。