本文關鍵詞：自適應光學棱錐波前傳感方法研究

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【摘要】：自適應光學系統(tǒng)概念最早于1953年由Badcock提出,這一概念的基本思想是,通過實時補償波前畸變,來減小系統(tǒng)光瞳處的波前像差,從而獲得改善系統(tǒng)像質的目的。經過60余年的發(fā)展,自適應光學技術目前已經被廣泛應用于各種現代光學系統(tǒng)中,比如地基高分辨成像望遠鏡,激光核聚變系統(tǒng),視網膜成像系統(tǒng),自由空間光通信系統(tǒng)等。波前傳感器是自適應光學系統(tǒng)中重要組成部分之一。波前傳感器作為系統(tǒng)中的反饋元件,用于實時檢測系統(tǒng)波前像差。常見的波前傳感器有夏克哈特曼波前傳感器,剪切干涉儀,曲率波前傳感器,棱錐波前傳感器,全息波前傳感器等。1996年Ragazzoni首次提出用金字塔角錐棱鏡進行波前檢測,其原理類似傅科刀口檢驗,并命名為棱錐波前傳感器。相比于常用的波前傳感器,棱錐傳感器有高靈敏度、高光能利用率,采樣率可調,更適用弱光源檢測的特點,目前已在多種型號的大型天文望遠鏡中得到應用。本文通過理論分析和數值模擬對常見的三種棱錐波前傳感器,即二棱錐、三棱錐和四棱錐,進行了深入研究。并詳細介紹了串行四棱錐波前傳感器的理論模型,仿真分析了串行四棱錐的相關特性。在以上工作的基礎上,提出了用六邊形拼接反射鏡陣列替代折射棱錐作為波前傳感元件的串行三棱錐波前傳感方法。從理論推導和數值仿真分析了串行三棱錐輸出信號與局部波前的近似線性關系,建立了相關系統(tǒng)模型,分析了自適應光學系統(tǒng)的可行性,搭建了基于串行三棱錐波前傳感器的自適應光學系統(tǒng),實驗驗證了串行三棱錐波前傳感器對靜態(tài)像差的閉環(huán)校正能力。本文的主要內容主要有以下幾個方面:1.對常見的傳統(tǒng)折射式棱錐波前傳感方法進行了理論與數值分析。數值仿真了二棱錐,三棱錐,四棱錐波前傳感器自適應光學系統(tǒng),從棱鏡光能量利用率,波前復原精度,和閉環(huán)校正波前殘差三方面進行了對比分析。2.詳細介紹了串行四棱錐波前傳感器的原理,從傅里葉光學理論分析了串行四棱錐的探測原理,數值仿真對比了串行四棱錐和傳統(tǒng)四棱錐在光能量利用率和波前探測兩方面的差異,最后對靜態(tài)大氣湍流屏使用串行四棱錐進行閉環(huán)校正;3.提出了串行三棱錐波前傳感方法的概念,用拼接反射鏡陣列替代折射棱錐作為波前探測元件,通過理論推導和數值方法分析了串行三棱錐輸出信號與局部波前斜率的線性關系,對比分析了串行三棱錐和串行四棱錐能量利用率;4.建立了串行三棱錐波前傳感器自適應光學系統(tǒng),詳細介紹了六邊形拼接陣列,提出了基于串行棱錐的直接斜率法進行波前重構,實現了對靜態(tài)像差的閉環(huán)校正,證明了串行三棱錐波前傳感器對靜態(tài)像差的補償能力。
【學位授予單位】：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

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