[发明专利]大动态范围光波前倾斜的探测方法

说明书

技术领域

本发明属于大气自适应光学技术领域，是一种利用哈特曼探测器对大动态范围光波前倾斜的探测方法，可以大幅提高哈特曼探测器的探测能力，省却专门的波前倾斜探测器，减少与望远镜对接的自适应光学系统的能量损耗。

背景技术

大气自适应光学技术领域中的光波前自适应校正系统，其功能是对连续入射望远镜的目标光畸变波前进行实时补偿校正，以得到理想的实时光学成像。

通常与望远镜对接的自适应光学系统是基于粗校和精校的两个校正器来完成波前校正的，其中做粗校的振动反射镜也称振镜只校正入射光波前的倾斜，而倾斜校正后的高阶畸变由波前校正器来完成校正。对应粗校和精校这两个校正器需有两个波前探测器：1）探测波前倾斜：一般采用CCD为波前倾斜探测器，对接收到的目标光斑，计算其质心在x-y平面坐标系中的偏移量，从而解算波前在三维空间的倾斜；CCD探测器的优点是倾斜探测的动态范围大，缺点是只限于探测波前倾斜；2）探测波前上倾斜以外的高阶畸变：一般采用哈特曼探测器探测波前高阶畸变；哈特曼探测器由微透镜阵列板和高灵敏度CCD组成，入射波前被微透镜阵列分割成一个一个的子波前，由于微透镜数足够多，子波前为只有倾斜的平面波前，通过微透镜后聚焦在背部CCD上的小光斑会依赖倾斜度而偏离正入射平面波所对应的中心位置，通过严格计算每个小光斑质心在x和y方向上的偏离程度，可以得出每个子波前的倾斜方向和倾斜度，再用一套Zernike模式函数去拟合这些子波前，就可以重构出被测的高阶畸变波前。哈特曼探测器的工作原理在Francois Roddier撰著的“天文学中的自适应光学”的第99页【Francois Roddier, Adaptive optics in astronomy, Cambridge University Press,1999,Part two,pp99】上有详述。

考虑微透镜阵列板上具有方格阵排列的M×M个微透镜，CCD面板上具有P×P个像素，对应每个微透镜的子区域具有n×n个像素，其中n=P/M。正入射微透镜阵列板的平行光束在CCD面板上形成内切圆，圆内均匀分布微透镜阵列聚焦出的Q个小光斑，圆外的区域为无光斑区域。一般情况下，哈特曼探测器的动态范围由微透镜阵列的微透镜数、小光斑直径和CCD面板上的像素数决定。小光斑不可以覆盖子区域上所有的像素，必须留有一定余地，当小光斑边缘到达子区域边界时，就达到了哈特曼探测器的最大测量范围，即动态范围。

光斑质心坐标（c_x，c_y）的求算方法也依据Francois Roddier撰著的“天文学中的自适应光学”第99页的【Francois Roddier, Adaptive optics in astronomy, Cambridge University Press,1999,Part two,pp99】叙述：

在背部CCD的像素面板上建立直角坐标系，通常以左上角为原点、像素为单位，设从左到右的横轴为x轴，从上到下的纵轴为y轴，光斑阵列中任意一个小光斑的质心坐标为：