發(fā)布時(shí)間：2021-03-31 02:15

　　自適應(yīng)光學(xué)是一項(xiàng)探測(cè)并校正光束波前畸變的技術(shù),能夠有效提升光學(xué)系統(tǒng)的性能,在激光核聚變、激光通信、天文成像、醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用�；诓ㄇ扒侍綔y(cè)的自適應(yīng)光學(xué)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn),在天文成像領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)曲率型自適應(yīng)光學(xué)的波前控制問題,通過理論分析、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)手段,主要研究了拉普拉斯算子本征模式型控制算法和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法。波前探測(cè)和復(fù)原是進(jìn)行波前控制和校正的前提。論文首先介紹了光柵型波前曲率傳感器的工作原理,分析了基于拉普拉斯算子本征模式的波前復(fù)原算法。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)傳感器光斑信號(hào)提取問題,提出一種最大類間方差法和質(zhì)心法相結(jié)合的光斑自動(dòng)定位提取算法,并搭建了基于離軸菲涅爾波帶片的光柵型波前曲率傳感器實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的可行性。針對(duì)波前曲率傳感器,為了實(shí)現(xiàn)便捷的波前測(cè)量功能,設(shè)計(jì)了波前測(cè)量軟件。在Visual Studio 2013平臺(tái)下,基于Open CV庫(kù)函數(shù)和MFC庫(kù)函數(shù),利用C++語(yǔ)言開發(fā)了通用性較強(qiáng)的波前測(cè)量軟件,實(shí)現(xiàn)了基于拉普拉斯算子本征模式法的波前在線測(cè)量和離線數(shù)據(jù)處理等功能。實(shí)驗(yàn)研究了基于拉普拉斯算子本征模式的波前控制算法。首先分析了... 

【文章來(lái)源】：華北理工大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：58 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Subaru望遠(yuǎn)鏡上采用的188單元變形鏡Fig.4(a)Electrodedistributionof188elementd

第1章文獻(xiàn)綜述-9-顯然，這種區(qū)域型空間解耦方法是一種“硬件”解耦法，需要借助微透鏡陣列進(jìn)行分區(qū)探測(cè)，因此主要存在三個(gè)不足：1）由于傳感器得到的是曲率信號(hào)，因此這種直接控制方法要求系統(tǒng)只能采用曲率型校正器，從而限制了曲率傳感器與其他類型校正器的組合使用；2）由于采用分區(qū)探測(cè)和校正方式，要求校正器和傳感器驅(qū)動(dòng)單元在數(shù)量和分布上一致，并且對(duì)準(zhǔn)精度較高，從而給裝配帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)；3）由于校正器邊沿驅(qū)動(dòng)單元的控制信號(hào)與孔徑邊沿的法向斜率成正比，因此邊沿控制信號(hào)耦合較大，影響校正性能。上述不足在歐洲南方天文臺(tái)的60單元MACAO系統(tǒng)上得到明顯體現(xiàn)，如圖5和圖6所示[54]。由圖5可以看出：當(dāng)微透鏡陣列和波前校正器間存在4度的相對(duì)旋轉(zhuǎn)誤差時(shí)，校正后SR(Strehlratio)下降5%；當(dāng)微透鏡陣列和波前校正器間存在0.06倍孔徑直徑的平移誤差時(shí)，SR下降超過50%。因此可以得出，隨著傳感器和校正器單元數(shù)的增加，對(duì)準(zhǔn)誤差對(duì)系統(tǒng)性能的影響也越大。國(guó)防科技大學(xué)寧禹博士在研究Bimoph變形鏡時(shí)也得到類似的結(jié)果[27]。圖6為各個(gè)驅(qū)動(dòng)電極的空間分布和測(cè)量出的控制矩陣�？梢钥闯鲞呇仳�(qū)動(dòng)器之間的耦合較大。圖5歐洲南方天文臺(tái)60單元MACAO中的失配誤差Fig.5Mismatcherrorinthe60unitMacaooftheEuropeanSouthernObservatory圖6驅(qū)動(dòng)電極的空間分布和控制通道之間的相關(guān)矩陣Fig.6Correlationmatrixbetweenspatialdistributionofdrivingelectrodesandcontrolchannels

第2章波前復(fù)原算法及軟件設(shè)計(jì)-17-光斑自動(dòng)定位后，需要根據(jù)傳感器參數(shù)計(jì)算截取光斑的直徑。光柵型波前曲率傳感器中FZP的一級(jí)焦距和短聚焦透鏡的焦距分別為Ff和lf，其中Ff遠(yuǎn)大于lf,二者的組合焦距為()FlFlffff。假設(shè)入射平行光束直徑為0d，不考慮衍射效應(yīng)，可以計(jì)算出探測(cè)面上1I和2I直徑0lFddff。2.4實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析基于圖7所示曲率傳感器原理設(shè)計(jì)搭建波前曲率傳感器，其中自行設(shè)計(jì)并制作了相位型菲涅爾波帶片，材質(zhì)為石英玻璃。波長(zhǎng)為635nm、直徑為25.4mm、一級(jí)焦距為3米的波帶片的二元結(jié)構(gòu)如下圖10(a)所示（沿光軸方向直視圖），紅色部分與藍(lán)色部分間的光程差為半個(gè)波長(zhǎng)，剖面圖如圖10(b)所示。圖10(a)菲涅爾波帶片結(jié)構(gòu)示意圖，(b)波帶片各級(jí)圓環(huán)的剖面示意圖Fig.10(a)StructurediagramofFresnelzoneplate,(b)Sectiondiagramofringatalllevelsofzoneplate圖10設(shè)計(jì)的菲涅爾波帶片結(jié)構(gòu)示意圖中心藍(lán)色實(shí)心圓為1級(jí)次，向外第一個(gè)紅色圓環(huán)為2級(jí)次，接著向外是藍(lán)色圓環(huán)記為3級(jí)次，以此類推。每級(jí)圓環(huán)的外徑（半徑）計(jì)算公式為（其中n為級(jí)次）：r=3mn635nm，由此計(jì)算出n=1到80級(jí)圓環(huán)（1級(jí)為實(shí)心圓）的外半徑數(shù)據(jù)如圖11所示。圖11n=1到80級(jí)圓環(huán)（1級(jí)為實(shí)心圓）的外半徑Fig.11n=1tolevel80outerradiusofring(Level1issolidcircle)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[9]哈特曼波前分析儀校準(zhǔn)方法研究[J]. 王艷萍,王茜蒨,馬沖.  中國(guó)激光. 2015(01)
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博士論文
[1]相位差波前探測(cè)技術(shù)及其在拼接鏡共相檢測(cè)中的應(yīng)用研究[D]. 羅群.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2012
[2]雙壓電片變形反射鏡的性能分析與應(yīng)用研究[D]. 寧禹.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008

碩士論文
[1]基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)算法與應(yīng)用研究[D]. 張效榮.西安電子科技大學(xué) 2015
[2]基于光強(qiáng)傳感的相位恢復(fù)方法與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 李洋.西安電子科技大學(xué) 2014



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