[发明专利]一种依据波前Zernike模式选择波前校正器的方法

说明书

本发明公开了一种依据波前Zernike模式选择波前校正器的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、利用信号激光器发出准直光束经自由空间大气传输后，于自适应光学系统的波前传感器检测到畸变波前，生成畸变波前相位；步骤2、将波前相位根据Zernike系数展开，得到piston项、倾斜分量和高阶分量；piston项的Zernike系数是0，忽略不计；求解倾斜分量以及高阶分量产生的独立畸变；步骤3、判断倾斜分量和高阶分量的独立畸变对具有光纤式混频相干探测系统性能的影响，得到外差探测系统的误码率；步骤4、根据误码率选择合适的波前校正器。

技术领域

本发明属于无线激光通信技术领域，涉及一种依据波前Zernike模式选择波前校正器的方法。

背景技术

无线激光通信是以激光作为载体经大气传输的一种通信方式，经远距离传输后，接收端光电探测器光敏面上收到的信号光功率非常微弱，而相干探测能够在接收信号较弱的情况下恢复出信号所携带的信息。光纤式混频相干探测受限于光纤耦合的瓶颈，会因大气湍流引起波前畸变相位从而导致耦合效率和混频效率降低，进而影响无线光通信系统性能。

对于波前畸变相位，通常采用自适应光学(Adaptive Optics，AO)技术进行校正。自适应光学系统中的能动器件即波前校正器，它通过改变光束横截面上各点的光程长度，达到校正波前畸变相位的目的。

波前校正器的行程分辨率以及行程量直接决定了波前畸变相位修正精度以及波前畸变相位修正范围。在超出单个波前校正器的校正范围时，单个波前校正器的校正能力通常无法满足强湍流、大功率输出、大孔径接收等条件下引起光波大幅度波前畸变相位的问题，而且波前校正器在长时间接近满行程工作状态下会减短使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种依据波前Zernike模式选择波前校正器的方法，通过Zernike模式来正确选择波前校正器，并利用选择后的波前校正器对大气畸变波前进行实时的修正。

本发明所采用的技术方案是，一种依据波前Zernike模式选择波前校正器的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、利用信号激光器发出准直光束经自由空间大气传输后，于自适应光学系统的波前传感器检测到畸变波前，生成畸变波前相位；

步骤2、将波前相位根据Zernike系数展开，得到piston项、倾斜分量和高阶分量；piston项的Zernike系数是0，忽略不计；求解倾斜分量以及高阶分量产生的独立畸变；

步骤3、判断倾斜分量和高阶分量的独立畸变对具有光纤式混频相干探测系统性能的影响，得到外差探测系统的误码率；

步骤4、根据误码率选择合适的波前校正器。

本发明的特点还在于：

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、波前传感器的微透镜阵列将入射波聚焦到CCD的感光面上，形成光斑阵列图像；

步骤1.2、根据采集的光斑阵列图像与波前传感器的目标光斑图像的差异，求出光斑质心的偏移量；得到实际探测点与目标点的x方向和y方向的偏移量Δx和Δy；

步骤1.3、根据波前传感器测量的偏移量Δx和Δy通过g_x(y)＝2πΔx(Δy)/λf，计算出波前斜率，其中λ是光波波长，f是耦合透镜焦距；

步骤1.4、将波前斜率通过波前重构矩阵转化为波前Zernike系数， Zernike＝Slope·slope2Zernike，其中Zernike是泽尼克系数，Slope是斜率矩阵， slope2Zernike是波前传感器自身生成的转换矩阵；

步骤1.5、由波前Zernike系数，计算得到波前相位Phase，即