本文關(guān)鍵詞： 分塊鏡 共相位誤差 自適應(yīng)光學(xué) 無波前傳感器 隨機(jī)并行梯度下降 遺傳算法 調(diào)制傳遞函數(shù) piston誤差　出處：《北京理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：分塊鏡共相位誤差檢測方法主要分為兩大類,一類是光學(xué)檢測校正方法,包括邁克爾遜干涉法、窄帶/寬帶夏克-哈特曼法、色散條紋法、相位恢復(fù)法、相位差法等,這類算法都是通過光學(xué)干涉或者衍射方法對分塊鏡成像后的圖像進(jìn)行分析得到誤差信息,并進(jìn)行校正的。這些方法都需要改變原有光路或增加新的光學(xué)元件,如濾光片、色散棱鏡等,增加了光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性;另一類分塊鏡共相位誤差校正方法是電學(xué)方法,該類方法主要是在分塊鏡背部安裝電容式、電感式或光纖式傳感器,用于測量相鄰子鏡間的相對位移量,進(jìn)而得到分塊鏡之間的拼接誤差并進(jìn)行校正,這類方法無法測量相鄰子鏡沿光軸方向的絕對距離,一般需要用光學(xué)方法事先標(biāo)定出各個子鏡間的絕對零位。本文以歸一化的像清晰度函數(shù)作為評價函數(shù),仿真分析了單色光和白光照明兩種情況下分塊鏡共相位誤差與評價函數(shù)的變化關(guān)系。仿真表明當(dāng)采用單色光照明時,分塊鏡平移(piston)誤差校正的動態(tài)范圍小于0.5λ;采用白光照明時評價函數(shù)存在局部極值,必須采用全局最優(yōu)化算法。當(dāng)piston誤差大于0.5λ時,采用隨機(jī)并行梯度下降(SPGD)算法易陷入局部極值,而采用遺傳算法可以搜索到全局最優(yōu)解,但迭代速度較慢。本文提出基于無波前傳感器自適應(yīng)光學(xué)混合優(yōu)化算法,該算法是結(jié)合隨機(jī)并行梯度下降(SPGD)算法和遺傳算法的優(yōu)點,對分塊鏡傾斜誤差小于0λ/D,piston誤差在[-λ,λ]范圍內(nèi)的分塊鏡共相位誤差進(jìn)行校正。該混合優(yōu)化算法先利用遺傳算法的全局尋優(yōu)能力在[-λ,λ]范圍內(nèi)搜索最優(yōu)解的大致范圍,后利用SPGD算法的快速尋優(yōu)能力在[-0.5λ,0.5λ]小范圍內(nèi)迅速找到最優(yōu)解,當(dāng)piston誤差在[-λ,λ]范圍內(nèi)時,混合優(yōu)化算法的校正精度可優(yōu)于10nm。為了進(jìn)一步擴(kuò)大分塊鏡piston誤差的校正范圍,本文提出建立起寬光譜調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)與分塊鏡piston誤差之間的函數(shù)關(guān)系,以兩塊分塊鏡光瞳為仿真模型,通過建立的函數(shù)關(guān)系式對分塊鏡piston誤差進(jìn)行校正,仿真研究表明不同帶寬(Δλ)下,分塊鏡piston誤差的校正范圍和精度也不同。當(dāng)Δλ=1nm,piston誤差在[-300λ,300λ]范圍時,校正精度優(yōu)于15λ;當(dāng)Δλ=10nm,piston誤差在[-60λ,60λ]范圍時,校正精度優(yōu)于8λ;當(dāng)Δλ=50nm,piston誤差在[-12λ,12λ]范圍時,校正精度優(yōu)于1λ,因此實現(xiàn)了分塊鏡大piston誤差的檢測和校正。針對更多塊的分塊鏡光瞳模型,仿真分析了固定帶寬下四種不同分塊鏡模型對應(yīng)的MTF與分塊鏡piston誤差之間的關(guān)系,仿真結(jié)果表明僅在兩塊分塊鏡相對排列時各分塊鏡間不能進(jìn)行獨(dú)立的標(biāo)定和校正。
[Abstract]:The common phase error detection methods of block mirror are mainly divided into two categories. One is optical detection and correction methods, including Michelson interferometry, narrowband / wideband Shack-Hartmann method, dispersion fringe method, phase recovery method. The phase difference method is used to obtain the error information by optical interference or diffraction. These methods need to change the original optical path or add new optical elements, such as filter, dispersion prism and so on, which increase the complexity of optical system. The other method is the electrical method, which is mainly to install capacitive, inductive or optical fiber sensors on the back of the block mirror to measure the relative displacement between adjacent sub-mirrors. Then the splicing error between the sub-mirrors is obtained and corrected. This method can not measure the absolute distance of the adjacent sub-mirror along the optical axis. It is generally necessary to calibrate the absolute zero position between each sub-mirror by optical method in advance. In this paper, the normalized image definition function is used as the evaluation function. The relationship between the co-phase error and the evaluation function is analyzed under the condition of monochromatic light and white light illumination. The simulation results show that when monochromatic illumination is used. The dynamic range of error correction is less than 0.5 位; When white lighting is used, the evaluation function has local extremum, so the global optimization algorithm must be adopted. When the piston error is greater than 0. 5 位. The stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm is easy to fall into the local extremum, while the genetic algorithm can be used to search the global optimal solution. In this paper, an adaptive optical hybrid optimization algorithm based on wavefront sensor is proposed, which combines the advantages of stochastic parallel gradient descent SPGDalgorithm and genetic algorithm. The tilting error of the split mirror is less than 0 位 / D Piston error. [The common phase error of the block mirror in the range of-位, 位] is corrected. The hybrid optimization algorithm first uses the global optimization ability of genetic algorithm. [Search for the approximate range of the optimal solution in the range of-位, 位, and then use the fast optimization ability of the SPGD algorithm. [The optimal solution is found quickly in a small range when the piston error is within the range of 0. 5 位 / 0. 5 位. [In the range of-位, 位, the correction accuracy of the hybrid optimization algorithm is better than that of 10 nm. In order to further expand the correction range of the piston error of the split-mirror. In this paper, a functional relationship between the wide-spectrum modulation transfer function (MTF) and the piston error of the split-mirror is proposed. The simulation model is based on the pupil of two block mirrors. The piston error of block mirror is corrected by the established function relation. The simulation results show that there are different bandwidth (螖 位). The correction range and accuracy of the piston error of the block mirror are also different. [In the range of -300 位 / 300 位, the correction accuracy is better than 15 位; when 螖 位 = 10nmPiston error. [The correction accuracy is better than 8 位 in the range of -60 位 ~ (60 位). [In the range of -12 位 ~ (12 位), the correction accuracy is better than 1 位, so the detection and correction of the large piston error of block mirror are realized. The relationship between the MTF and the piston error of the four different split-mirror models with fixed bandwidth is simulated and analyzed. The simulation results show that there is no independent calibration and correction between the two chunking mirrors when they are arranged relative to each other.
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41

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