[发明专利]基于空间光调制器的无模型波前畸变校正系统

说明书

技术领域

本发明涉及基于空间光调制器的无模型波前畸变校正系统。

背景技术

随着激光在工业、国防领域中的应用，大气对激光传输的影响受到广泛重视。大气对激光的主要影响是：大气吸收、大气散射和大气湍流效应，其中大气湍流效应对激光传输通信质量的影响最大。大气湍流效应的主要影响为光强闪烁、相位起伏、到达角起伏、光束的扩展与漂移等，使大气激光通信系统的误码率提高，严重时会使通信发生中断。

传统自适应光学的核心内容是对光束畸变波前进行实时校正，以提高光学系统的成像质量。传统自适应光学校正系统采用波前探测器探测畸变波前，在计算机中根据探测的图像信息重构入射波前，再使用波前校正器对畸变波前进行校正，在监视器系统可得到理想成像。传统自适应光学技术在天文成像、人眼像差检测、光束质量分析和光学元件检测等领域已得到了广泛的应用。

传统自适应光学校正系统如图1所示，是由，望远系统1、分光棱镜2、缩束器3、波前探测器4、计算机系统5、波前校正器6、波前控制器7、监测相机8组成。望远系统1、分光棱镜2和波前校正器6同轴依次排列。缩束器3和波前探测器4放在分光棱镜2的反射方向上并与分光棱镜4同轴依次排列。监测相机8放在与缩束器3相对应的分光棱镜2另一侧，用于接收信号。

光束经过大气由望远系统1接收，经过分光棱镜2分成两束准直光束，一束光经过缩束器3缩束后，由波前探测器4接收，计算机系统5计算得出波前控制器7的闭环控制信号；另一束光射入波前校正器6，波前控制器7控制波前校正器6，实时调整射入波前校正器6的光束的相位；调整后的光束由波前校正器6反射，再次经过分光棱镜3反射，由监测相机8得到理想的成像，实现自适应光学校正。(参考文献：1、周仁中.自适应光学[M].北京：国防工业出版社1996.2、姜文汉.自适应光学技术[J].自然杂志.2005(7).28卷1期.3、姜文汉，吴旭斌，凌宁等.37单元自适应光学系统.光电工程，1995，22(1)：38～45.4、叶嘉雄，余永林.自适应光学[M].武汉：华中理工大学出版社，1992.5、YEJia-xiong，YU Yong-lin.Adaptive optics[M].Wuhan：HuazhongUniversity of Science and Technology(HUST)Press，1992.)

随着激光技术应用领域的扩展，如自由空间光通信，激光测距等，相位起伏现象导致光束波前产生不连续性，给波前探测带来很大的误差，无法实现基于相位共轭的补偿，补偿效果受到很大限制，造成波前测量困难，致使依赖波前测量的传统自适应光学系统不能正常工作，因此传统自适应光学控制技术在这些情况下的应用就显得无能为力。而无需波前传感器的自适应光学技术可以解决这个问题。(参考文献：1、杨慧珍，蔡冬梅，陈波，李新阳，姜文汉.无波前传感自适应光学技术及其在大气光通信中的应用.[J]中国激光.2008(5).第35卷第5期；2、李敏，李新阳，姜文汉.线性相位反演传感器与哈特曼传感器的实验研究对比[J].光学学报.2008(4).第28卷第4期；3、杨慧珍，李新阳，姜文汉.自适应光学系统随机并行梯度下降控制算法仿真与分析[J].光学学报.2007(8).第27卷第8期；4、李大禹，胡立发，穆全全，宣丽.GPU计算液晶自适应光学波前重构的并行性研究[J].液晶与示.2007(10).第22卷第5期)。

本发明为了克服上述不足和缺点，依据现代光学技术和动态光学技术的发展，结合自适应光学系统技术的发展现状，提出了基于空间光调制器的无模型波前畸变校正系统。采用普通CCD相机成像，根据无模型迭代理论分析光束的斯特列尔比值，得出波前校正器所需优化参量的控制信号；以成像清晰度、接收光能量等系统性能指标直接作为优化算法的目标函数，优化得到接近理想的校正效果；优化参量由带有图形处理器的计算机进行并行计算，并把得到多通道的控制信号传递给波前控制器，再由波前控制器对空间光调制器进行驱动，实现实时的畸变波前相位的校正。本发明有效解决了在更广泛的条件下大气激光通信中波前畸变的问题。

与传统自适应光学校正系统相比，基于空间光调制器的无模型波前畸变校正系统复杂性大大降低；由于无需进行波前探测，基于空间光调制器的无模型波前畸变校正系统比较适用于闪烁效应较为严重的大气激光通信，激光测距等应用领域。