专利名称：一种提高自适应光学系统传递矩阵测量精度的方法
技术领域：
本发明属于自适应光学系统的技术领域，涉及一种提高自适应光学系统传递矩阵测量精度的方法。
背景技术：
自适应光学(Adaptive Optics, AO)系统能够实时校正由于大气瑞流等因素引起的波前畸变，提高成像系统的分辨力和激光传输系统的聚焦能力，因此在天文观测、激光传输和人眼成像等领域具有广泛的应用。AO系统通常由波前探测、波前处理和波前校正等部分组成。目前最常用的波前探测器是哈特曼波前探测器，波前校正器为变形镜。AO系统传递矩阵为波前校正器驱动器电压向量转化为波前探测器子孔径斜率向量的关系矩阵。测量传递矩阵前，AO系统的静态像差越小，标定光源在哈特曼波前探测器各子孔径中形成的光斑质心就越接近子孔径中心，测得的传递矩阵的精度就越高。一方面是因为在此条件下测得的传递矩阵更贴近AO系统实际闭环工作状况；另一方面，当光斑质心位于子孔径中心附近时，可以施加幅值更大的信号电压来提高信噪比，而不用担心光斑超出子孔径的线性范围导致的测量误差。然而，随着光学望远镜口径的迅速增长，与之相匹配的大型AO系统的静态像差的波前斜率(包括变形镜面形起伏引入、经缩束系统放大的波前斜率及哈特曼波前探测器本身像差引入的波前斜率等)也会相对增大。波前斜率增大将直接导致哈特曼波前探测器各子孔径中光斑质心大大偏离子孔径中心位置。如果测量传递矩阵时，再向驱动器施加稍大的电压，极端情况下，可能导致光斑跨越子孔径的现象，此时测得的光斑质心位置就不能表征真实的波前变化，传递矩阵的测量精度将大大降低。为抑制静态像差对传递矩阵测量精度的影响，提高自适应光学系统传递矩阵测量精度，需在测量传递矩阵前，先校正系统的静态像差，可利用变形镜将各子孔径中光斑质心校正到子孔径的中心附近，再进行传递矩阵的测量。为此，需先获取一个粗略但可以使自适应光学系统稳定闭环的传递矩阵。
S.0berti等针对包含曲率传感器与双压电变形镜的MACAO系统提出了利用MACAO系统传递矩阵的对称特性先测量变形镜与传感器的对准误差(S.0berti, H.Bonnet, E.Fedrigo, et.al., Calibration of a curvature sensor/bimorph mirror AO system:1nteractionmatrix measurement on MACAO systems, Proc.SPIE, 2006，Vol.5490),再得到 AO系统传递矩阵的计算结果。然而，该方法只适用于传递矩阵为方阵的特殊情形，大多数AO系统，t匕如由哈特曼波前探测器和变形镜所组成的最广泛使用的AO系统的传递矩阵通常都不是方阵，因此该方法不具备通用性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供了一种提高自适应光学系统传递矩阵测量精度的方法，该方法可以有效解决静态像差引起的哈特曼波前探测器子孔径中光斑严重偏离子孔径中心的问题，有助于提高自适应光学系统传递矩阵的测量精度。
本发明解决上述技术问题的技术方案是:一种提高自适应光学系统传递矩阵测量精度的方法，其特征在于在传递矩阵的测量过程中，向变形镜驱动器施加的电压包含信号电压与补偿电压两部分，具体步骤如下:步骤(I):测量自适应光学系统的变形镜与哈特曼波前探测器的对准误差；步骤⑵:根据步骤⑴得到的对准误差及自适应光学系统的设计参数得到传递矩阵和复原矩阵的计算结果；步骤(3):利用复原矩阵的计算结果使自适应光学系统闭环工作校正自适应光学系统的静态像差，并记录闭环稳定后变形镜各驱动器的电压作为补偿电压；步骤(4):向变形镜驱动器施加由信号电压与补偿电压组成的测量电压，并记录相应的波前斜率；步骤(5):根据测量电压与波前斜率得到传递矩阵的测量结果。所述步骤(I)中，变形镜与哈特曼波前探测器的对准误差包括变形镜光瞳面中心与哈特曼波前探测器光瞳面中心的水平方向偏离、竖直方向偏离及变形镜光瞳面相对于哈特曼波前探测器光瞳面的旋转，其具体测量过程如下:(I)若令变形镜上坐标为(X ac^i)，Y ac;t(i))的第i个驱动器的面形影响函数为
权利要求
1.一种提高自适应光学系统传递矩阵测量精度的方法，其特征在于:在传递矩阵的测量过程中，向变形镜驱动器施加的电压包含信号电压与补偿电压两部分，具体步骤如下: 步骤(I):测量自适应光学系统的变形镜与哈特曼波前探测器的对准误差； 步骤(2):根据步骤(I)得到的对准误差及自适应光学系统的设计参数得到传递矩阵和复原矩阵的计算结果； 步骤(3):利用复原矩阵的计算结果使自适应光学系统闭环工作校正自适应光学系统的静态像差，并记录闭环稳定后变形镜各驱动器的电压作为补偿电压； 步骤(4):向变形镜驱动器施加由信号电压与补偿电压组成的测量电压，并记录相应的波前斜率； 步骤(5):根据测量电压与波前斜率得到传递矩阵的测量结果。
2.根据权利要求1所述的一种提高自适应光学系统传递矩阵测量精度的方法，其特征在于:所述步骤(I)中，变形镜与哈特曼波前探测器的对准误差包括变形镜光瞳面中心与哈特曼波前探测器光瞳面中心的水平方向偏离、竖直方向偏离及变形镜光瞳面相对于哈特曼波前探测器光瞳面的旋转，其具体测量过程如下: (1)若令变形镜上坐标为(X—ac;t(i)，Y—ac;t(i))的第i个驱动器的面形影响函数为
3.根据权利要求1所述的一种提高自适应光学系统传递矩阵测量精度的方法，其特征在于:所述步骤(2)中根据步骤(I)得到的对准误差及自适应光学系统的设计参数得到传递矩阵和复原矩阵的计算结果的具体过程如下: (I)根据ΛΧ、八7及Λ Θ得到考虑对准误差以后的变形镜各驱动器实际位置的坐标(Xnew—act，Ynew—aet)，计算方法为:当k从I取值到Nact:
4.根据权利要求1所述的一种提高自适应光学系统传递矩阵测量精度的方法，其特征在于:所述步骤(5)中根据测量电压与波前斜率得到传递矩阵的测量结果的具体过程如下: (1)利用R—Mal使自适应光学系统工作，闭环校正哈特曼波前探测器测得的各子孔径斜率，记录闭环稳定后各驱动器的电压得到静态像差补偿电压向量V。
(2)对i=l，2，…，Nact号驱动器先后进行以下操作:向变形镜施加补偿电压向量V。，然后保持其他驱动器电压不变，将第i号驱动器电压改为l(i)+Vs，记录在哈特曼波前探测器上测得的斜率向量:；再将第i号驱动器电压改为KD-Vs，记录在哈特曼波前探测器上测得的斜率向量:；其中，Vs为信号电压，利用公式:
全文摘要
本发明涉及一种提高自适应光学系统传递矩阵测量精度的方法，其特点是在测量自适应光学系统传递矩阵过程中，向变形镜驱动器施加的电压包含信号电压与补偿电压两部分；其中，补偿电压用来对自适应光学系统的静态像差进行预校正。本发明有效地解决了自适应光学系统传递矩阵测量受到静态像差制约的状况，进一步提高了传递矩阵的测量精度。
文档编号G01J9/00GK103217223SQ201310095509
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者郭友明, 饶长辉, 鲍华, 张昂, 魏凯 申请人:中国科学院光电技术研究所