夏克-哈特曼波前測(cè)量技術(shù)具有測(cè)量光路簡單、光能利用率高、測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍大、動(dòng)態(tài)測(cè)量、對(duì)光源相干性不做要求等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于自適應(yīng)光學(xué)、光學(xué)加工及裝調(diào)檢測(cè)、眼科醫(yī)療和激光參數(shù)診斷等領(lǐng)域。隨著超精密光學(xué)元件加工制造的精度越來越高,以及高功率激光裝置建設(shè)規(guī)模越來越大,都對(duì)波前測(cè)量精度提出了更高的要求。根據(jù)夏克-哈特曼波前測(cè)量原理可知,影響波前測(cè)量精度的因素主要包括波前斜率測(cè)量精度和波前重構(gòu)算法精度。同時(shí),夏克-哈特曼波前傳感器的微透鏡陣列與探測(cè)器之間的位置誤差以及參數(shù)絕對(duì)定標(biāo)精度也將影響到波前測(cè)量精度。目前夏克-哈特曼波前測(cè)量精度的空域評(píng)價(jià)手段無法與高精度光學(xué)元件表面不同頻段加工精度及高功率激光裝置不同頻段波前畸變測(cè)量精度的評(píng)價(jià)直接建立關(guān)系,故如何全面客觀的評(píng)價(jià)及提高夏克-哈特曼波前測(cè)量精度來滿足當(dāng)今對(duì)高精度波前測(cè)量的需求是目前亟需解決的科學(xué)問題。論文首先研究了夏克-哈特曼波前重構(gòu)的頻率響應(yīng)特性,推導(dǎo)了基于傳統(tǒng)區(qū)域法和模式法波前重構(gòu)的系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)理論模型。在此基礎(chǔ)上,提出了頻響特性優(yōu)化的夏克-哈特曼波前重構(gòu)方法,從而提高了全頻段范圍內(nèi)的波前測(cè)量精度。同時(shí),對(duì)夏克-哈特曼波前傳感器的系統(tǒng)誤... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)陜西省

【文章頁數(shù)】：174 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

夏克-哈特曼波前測(cè)量原理示意圖

頻響特性優(yōu)化的夏克-哈特曼波前測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用研究10探測(cè)到的波前畸變誤差大小相等符號(hào)相反的波前校正量，來實(shí)時(shí)補(bǔ)償大氣湍流的動(dòng)態(tài)干擾，從而獲得接近衍射極限的成像質(zhì)量。國內(nèi)中科院成都光電所姜文漢院士為云南天文臺(tái)研制的1.2米望遠(yuǎn)鏡61單元自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中也采用的是夏克-哈特曼波前傳感器進(jìn)行波前測(cè)量[79]。楊文波[80]對(duì)基于夏克-哈特曼波前傳感器的大氣湍流參數(shù)測(cè)量方法進(jìn)行了研究。圖1.4自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)工作原理示意圖Figure1.4Schematicdiagramadaptiveopticssystem在光學(xué)元件加工及檢測(cè)方面，Neal[81,82]將夏克-哈特曼波前傳感器應(yīng)用于光學(xué)加工及檢測(cè)中，并利用夏克-哈特曼波前傳感器對(duì)口徑300mm的大像差光學(xué)系統(tǒng)的波像差進(jìn)行了測(cè)量，波前測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了100λ@632.8nm，波前測(cè)量精度優(yōu)于λ/20@632.8nm。Lee[83]提出了基于夏克-哈特曼波前傳感器測(cè)量高數(shù)值孔徑物鏡透射波前的方法，如圖1.5所示，激光光源耦合入單模光纖輸出，經(jīng)過整形鏡入射到半徑納米量級(jí)的微圓孔上，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的衍射球面波前，其經(jīng)過被測(cè)高數(shù)值孔徑物鏡、出射波前由瑞利鏡頭成像至夏克-哈特曼波前傳感器的微透鏡陣列面上，最后通過波前重構(gòu)方法得到高數(shù)值孔徑物鏡的透射波前。美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室和法國ImagineOptic公司聯(lián)合研制的基于夏克-哈特曼波前測(cè)量拼接技術(shù)的光學(xué)元件表面面形檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量精度達(dá)到50μrad[84]。俄國學(xué)者Nikitin等[85]采用夏克哈特曼波前傳感器對(duì)大口徑光學(xué)元件的面形進(jìn)行了檢測(cè)。國內(nèi)，中科院成都光電所的饒學(xué)軍[86]將夏克-哈特曼波前傳感器應(yīng)用于非球面光學(xué)元件加工檢測(cè)當(dāng)中。中科院長春光機(jī)所的張金平[87]利用夏克-哈特曼波前傳感器對(duì)350mm口徑旋轉(zhuǎn)對(duì)稱雙曲面反射鏡的面形進(jìn)行了測(cè)量，與干涉儀測(cè)量結(jié)

第1章緒論11哈特曼波前傳感器的子孔徑拼接波前測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大口徑光學(xué)系統(tǒng)的波像差檢測(cè)。中科院西安光機(jī)所的段亞軒[89]等提出了基于夏克-哈特曼波前傳感器的長焦距激光光學(xué)系統(tǒng)焦距測(cè)量方法，利用此方法對(duì)焦距為7171m的激光光學(xué)系統(tǒng)焦距測(cè)量，測(cè)量擴(kuò)展不確定度為13.48mm（k=2）。圖1.5基于夏克-哈特曼波前傳感器的高數(shù)值孔徑物鏡透射波前測(cè)量Figure1.5WavefrontmeasurementofhighnumericalapertureobjectivebasedonShack-Hartmannwavefrontsensor（a）(b)圖1.6a)基于夏克-哈特曼波前傳感器的人眼像差測(cè)量光路；b)人眼像差探測(cè)儀Figure1.6a)OpticalpathofhumaneyeaberrationmeasurementbasedonS-Hwavefrontsensor;b)Humaneyeaberrationdetector在眼科醫(yī)療方面，Bille提出了基于夏克-哈特曼波前測(cè)量原理實(shí)現(xiàn)人眼像差測(cè)量的概念，隨后他的學(xué)生J.Liang等將夏克-哈特曼波前測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于人眼像差測(cè)量[90-92]。與以往技術(shù)完全不同，這項(xiàng)技術(shù)測(cè)量人眼出瞳面的波前，同時(shí)可給出不同瞳孔直徑的MTF，測(cè)量光路及研制的儀器實(shí)物如圖1.6所示。He-Ne激光經(jīng)過中性密度片、空間小孔濾波器和透鏡L1準(zhǔn)直為平行光，經(jīng)過分光鏡反射，且聚焦到人眼視網(wǎng)膜上，然后被視網(wǎng)膜反射后，經(jīng)過人眼瞳孔，分光鏡和透鏡L2和L3組成的f4系統(tǒng)入射到夏克-哈特曼波前傳感器的微透鏡陣列上，人眼瞳孔跟微透鏡陣列要保持共軛關(guān)系。這種技術(shù)能夠高精度測(cè)量人眼的初級(jí)像差和不規(guī)則的高級(jí)像差。國內(nèi)，中科院成都光電所的凌寧、張雨東、饒學(xué)軍等[93-96]率先展開這方面的研究，并開發(fā)了基于夏克-哈特曼波前傳感器的人眼像差測(cè)量儀。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]夏克-哈特曼波前探測(cè)器的距離-冪指數(shù)加權(quán)質(zhì)心探測(cè)算法[J]. 葛睿,申文,劉超,蘇宙平,朱華新,李大禹,魯興海,穆全全,曹召良,宣麗,胡立發(fā).  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2018(04)
[2]基于相位調(diào)制的單次曝光波前測(cè)量在高功率激光驅(qū)動(dòng)器中的應(yīng)用[J]. 潘興臣,陶華,劉誠,朱健強(qiáng).  中國激光. 2016(01)
[3]利用標(biāo)記分水嶺法實(shí)現(xiàn)夏克-哈特曼波前傳感器質(zhì)心探測(cè)[J]. 程利群,王曉曼,景文博.  光學(xué)精密工程. 2014(06)
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[5]長焦距激光光學(xué)系統(tǒng)焦距測(cè)試方法[J]. 段亞軒,陳永權(quán),趙建科,李坤,田留德,張潔.  中國激光. 2013(04)
[6]Shack-Hartmann波前傳感器檢測(cè)大口徑圓對(duì)稱非球面反射鏡[J]. 張金平,張學(xué)軍,張忠玉,鄭立功.  光學(xué)精密工程. 2012(03)
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[8]增大夏克-哈特曼波前傳感器動(dòng)態(tài)范圍的算法研究[J]. 張金平,張忠玉,張學(xué)軍,李銳鋼.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2011(08)
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[10]基于哈特曼原理的薄膜應(yīng)力在線測(cè)量系統(tǒng)[J]. 王華清,薛唯,盧維強(qiáng),李夏,張楠.  紅外與激光工程. 2009(01)

博士論文
[1]基于掃描哈特曼的大口徑空間光學(xué)系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)[D]. 魏海松.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2018
[2]夏克—哈特曼波前傳感器檢測(cè)大口徑非球面應(yīng)用研究[D]. 張金平.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） 2012
[3]高精度人眼像差哈特曼探測(cè)器的研制[D]. 夏明亮.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） 2011

碩士論文
[1]基于哈特曼—夏克傳感器的大氣湍流參數(shù)測(cè)量方法研究[D]. 楊文波.長春理工大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3299428