波前傳感器是自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分,其作為反饋元件,用于實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)波前像差。主要包括哈特曼-夏克傳感器,角錐傳感器,剪切干涉儀,曲率傳感器等,其中哈特曼-夏克傳感器由于優(yōu)異的綜合性能,獲得了最為廣泛的應(yīng)用。全息波前傳感器是一種新型波前傳感方法,其將多個(gè)模式像差信息加載在復(fù)用全息元件中,利用輸出信號(hào)與像差幅度之間的近似線性關(guān)系,直接測(cè)量波前畸變幅度。全息波前傳感器基于光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)波前傳感器的復(fù)雜矩陣計(jì)算過程,大大降低了運(yùn)算量。未來有可能將現(xiàn)在需要通過計(jì)算機(jī)軟件驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榧冇布娮与娐窐?gòu)成的一種超高帶寬自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。相比于哈特曼-夏克傳感器,全息波前傳感器還具有對(duì)光強(qiáng)閃爍不敏感的優(yōu)點(diǎn),能夠工作在強(qiáng)湍流,強(qiáng)閃爍的環(huán)境中。未來有可能應(yīng)用于地基光電望遠(yuǎn)鏡對(duì)低仰角目標(biāo)的探測(cè),自由空間光通信水平傳輸,高能激光武器系統(tǒng)等。本文通過理論分析,數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)全息波前傳感方法進(jìn)行了深入研究。并將全息波前傳感器結(jié)合21單元變形鏡建立了全息自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),對(duì)其工程應(yīng)用前景進(jìn)行了初步探索。在以上工作的基礎(chǔ)上,本文將全息波前傳感器與波前校正器復(fù)用于同一液晶光調(diào)制器,提出了動(dòng)態(tài)全息自適應(yīng)光學(xué)的概念,建立了相關(guān)理論模型,并通過數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)可行性。本文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1.介紹自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的基本概念與系統(tǒng)組成,回顧了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展歷程,并概述了其主要應(yīng)用領(lǐng)域;分析了幾種目前常用的波前傳感器的基本原理,總結(jié)了各種波前傳感方法的特點(diǎn)與局限;簡(jiǎn)要介紹了全息攝影術(shù)的基本原理,分析了全息波前傳感方法的提出背景,回顧了其發(fā)展歷程;介紹了國內(nèi)外全息波前傳感方法的發(fā)展現(xiàn)狀。2.基于標(biāo)量衍射理論推導(dǎo)了全息波前傳感方法的理論模型;通過數(shù)值方法分析了不同像差偏置,不同探測(cè)孔徑參數(shù)下,傳感器響應(yīng)靈敏度變化情況;采用光學(xué)縮印手段制造了振幅型全息圖,結(jié)合CCD探測(cè)器建立了全息波前傳感器,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了全息波前傳感方法的可行性,采用液晶空間光調(diào)制器作為波前校正元件,進(jìn)行了初步的開環(huán)校正實(shí)驗(yàn)。3.簡(jiǎn)要介紹了波前校正器的主要分類與研究現(xiàn)狀,基于高斯響應(yīng)函數(shù)模型建立了21單元變形鏡的數(shù)值模型,分析了其對(duì)低16項(xiàng)Zernike像差校正效果,進(jìn)而分析了全息自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)像差的閉環(huán)校正性能;基于自研的21單元變形鏡作為波前校正器,實(shí)驗(yàn)分析了全息自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)閉環(huán)校正性能,實(shí)現(xiàn)校正頻率優(yōu)于200Hz,系統(tǒng)閉環(huán)后波前殘差RMS值優(yōu)于0.1λ;最后我們通過數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)手段,對(duì)全息自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)在寬帶光照明系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。4.分析了緊湊型自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)國外研究情況,提出了動(dòng)態(tài)全息自適應(yīng)光學(xué)的概念;描述了動(dòng)態(tài)全息自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的基本原理,建立了理論模型并數(shù)值模擬了靜態(tài)像差的閉環(huán)校正過程;最后,基于液晶空間光調(diào)制器建立了實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)可行性。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TP212;O438.1
【部分圖文】：

第 1 章 緒論辨雙星的照片。1998 年研制成功的 61 單元自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)大氣傳輸補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，有效校正了傳輸通道上的系統(tǒng)靜態(tài)像差使目標(biāo)成像的能量集中度大大提高[16-19]。京理工大學(xué)、華中理工大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、國防科技大學(xué)精密機(jī)械研究所等多家國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)都對(duì)自適應(yīng)光學(xué)究。同時(shí)各高校都開展了自適應(yīng)光學(xué)教學(xué)，為我國的自適應(yīng)理論研究基礎(chǔ)[20-22]。作為中國光學(xué)搖籃的中科院長春光機(jī)所也在自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)展。先后獨(dú)立研發(fā)出基于變形鏡和液晶校正器的自適應(yīng)光學(xué)應(yīng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡上獲得了自然星體和空間目標(biāo)的清晰圖像。具備了獨(dú)立開發(fā)和研制自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)關(guān)鍵器件的能力[23]。閉環(huán)校正式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)一般由波前傳感器與波前校正器�；儾ㄇ安ㄇ靶Ｕ�

士學(xué)位論文：全息波前傳感方法與動(dòng)態(tài)全息自適前傳感器，金字塔傳感器，剪切干涉類與簡(jiǎn)介光學(xué)系統(tǒng)中并在現(xiàn)有硬件條件下能夠哈特曼-夏克傳感器，金字塔傳感器，。感器因其優(yōu)異的綜合性能，目前得到形是一種根據(jù)幾何光學(xué)原理測(cè)定光學(xué)德國人哈特曼提出[25]，其基本原理如

圖 1.3 哈特曼-夏克波前傳感器基本原理中的微透鏡 F 數(shù)已知，則可以通過微透鏡焦平置之差，解算各個(gè)子孔徑入瞳處波前平均斜率具有光能利用率高，動(dòng)態(tài)范圍與測(cè)量精度適中系統(tǒng)，無波前纏繞問題等優(yōu)點(diǎn)，綜合性能突出感器于 1996 年由 Ragazzoni 提出[27]，其本質(zhì)以看做一種變形的哈特曼-夏克傳感器，基本鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)光瞳的分區(qū)成像，使用四象限方法算波前像差。如果將探測(cè)元件上的每個(gè)像元器就可以等價(jià)于一種每個(gè)子孔徑中都采用四克傳感器。金字塔波前傳感器具有子孔徑數(shù)，因此它具有能夠根據(jù)探測(cè)目標(biāo)強(qiáng)弱變化，來目前已經(jīng)應(yīng)用于大型天文望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中。

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本文編號(hào)：2820306