[发明专利]自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置

摘要

自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置，由波前传感器、波前记录器、波前校正器、能够平移和旋转的电控平移台、位置失配评估器、平移台控制器和计算机组成；通过计算机给波前校正器独立单元施加电压的方式标记波前校正器的位置，利用波前传感器自身的波前探测能力测量波前传感器与波前校正器之间的位置失配。光束经波前校正器反射后进入波前传感器，由波前记录器记录波前传感器探测到的波前校正器面形信息，位置失配评估器根据波前记录器记录信息计算并输出位置失配数据到平移台控制器中，最后由平移台控制器控制电控平移台完成对波前传感器的位置调整。本发明能够准确对准波前传感器与波前校正器的位置，大大提高两者对准精度和对准效率，保证自适应系统的波前控制能力。

主权项

自适应光学系统中波前传感器与校正器对准装置，其特征在于包括：计算机、波前校正器、波前传感器、电控平移台、波前记录器、位置失配评估器和平移台控制器；计算机通过给波前校正器中的多个独立驱动单元施加电压方式标记波前校正器的位置，波前传感器探测到波前校正器中各独立驱动单元被标记后引起的波前面形分布或波前斜率分布，通过波前记录器记录后送位置失配评估器，位置失配评估器按照下述公式(1)或公式(2)计算出波前校正器中各被标记的独立驱动单元的中心位置；若波前探测器采用干涉仪，干涉仪探测到的标记后的波前校正器的波前面形分布设为φ(m，n)，m＝1，2，…，M，n＝1，2，…，N，(M，N)为干涉仪有效探测单元的行数和列数，φ(m，n)为第m行、第n列的相位值，则各被标记独立驱动单元的中心位置采用(1)式计算： x 0 = Σ m = 1 M Σ n = 1 N x ( m , n ) | φ ( m , n ) | k Σ m = 1 M Σ n = 1 N | φ ( m , n ) | k , y 0 = Σ m = 1 M Σ n = 1 N y ( m , n ) | φ ( m , n ) | k Σ m = 1 M Σ n = 1 N | φ ( m , n ) | k - - - ( 1 ) (1)式中，(x(m，n)，y(m，n))表示第m行、第n列位置处的坐标值，(x0，y0)为被标记的独立驱动单元的中心位置，k为权重因子；若波前探测器采用哈特曼波前传感器，哈特曼波前传感器探测到的标记后的波前校正器沿x方向和沿y方向的波前斜率分布分别为gx(c，p)，gy(x，p)，c＝1，2，…，C，p＝1，2，…，P，(C，P)为哈特曼波前传感器有效子孔径的行数和列数，gx(c，p)，gy(c，p)分别为第c行、第p列沿x方向和沿y方向的斜率值，各被标记的独立驱动单元的中心位置采用(2)式计算： x 0 = Σ c = 1 C Σ p = 1 P x ( c , p ) | g x ( c , p ) | l Σ c = 1 C Σ p = 1 P | g x ( c , p ) | l , y 0 = Σ c = 1 C Σ p = 1 P y ( c , p ) | g y ( c , p ) | l Σ c = 1 C Σ p = 1 P | g y ( c , p ) | l - - - ( 2 ) (2)式中，(x0，y0)为被标记独立驱动单元的中心位置，(x(c，p)，y(c，p))表示第c行、第p列位置处的坐标值，l为指数因子；设波前校正器被标记独立驱动单元数为n0(n0≥2)，第i号被标记驱动单元的理论中心位置设为(x0i，y0i)1≤i≤n0，而根据公式(1)式或公式(2)计算得到的第i号被标记驱动单元测量中心位置表示为(xi，yi)，1≤i≤n0，则波前传感器(3)与波前校正器(1)沿水平和竖直方向的平移位置失配Δx、Δy以及波前传感器与波前校正器中心的旋转位置失配Δθ采用(3)式进行计算： Δx = K x - Σ i = 1 n 0 x i / n 0 Δy = K y - Σ i = 1 n 0 y i / n 0 Δθ = 2 Σ k = 2 n 0 Σ j = 1 k - 1 Δθ k , j n 0 ( n 0 - 1 ) - - - ( 3 ) (3)式中，Kx，Ky为与波前校正器被标记独立单元理论坐标位置(x0i，y0i)，1≤i≤n0有关的常数，Δθk，j为第k个标记独立驱动单元中心位置(xk，yk)与第j个标记独立驱动单元中心位置(xj，yk)组成的直线Lkj与对应理论中心(xk，yk)位置组成的直线L0kj之间的夹角，Kx，Ky与Δθk，j的计算公式分别如(4)式所示： K x = Σ i = 1 n 0 x 0 i / n 0 K y = Σ i = 1 n 0 y 0 i / n 0 Δθ k , j = arctan [ ( y 0 j - y 0 k ) ( x j - x k ) - ( y j - y k ) ( x 0 - x 0 k ) ( x 0 j - x 0 k ) ( x j - x k ) + ( y 0 j - y 0 k ) ( y j - y k ) ] - - - ( 4 ) 最终，位置失配评估器计算出波前传感器与波前校正器位置失配评估指标，即波前传感器与波前校正器沿水平方向平移位置失配Δx、沿竖直方向平移位置失配Δy和波前传感器绕波前校正器中心旋转失配Δθ；位置失配评估器将所述的位置失配数据输出到平移台控制器中，最后由平移台控制器发送平移和旋转命令控制平移和旋转相对独立的电控平移台对波前传感器进行位置调整，实现波前传感器与波前校正器的精确智能对准，达到提高自适应光学系统波前校正能力的目的。