四棱锥波前传感技术研究

来源 :中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:tree63
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波前传感技术是自适应光学的主要组成部分之一,在地基望远镜中起到检测大气湍流带来的误差的作用,并将测得的波像差供波前校正器使用。目前应用较为广泛的波前传感技术包括夏克哈特曼传感器、剪切干涉仪、曲率传感器等。本课题研究的四棱锥波前传感器是一种新的波前传感技术,具有较高的精度和能量利用率,计算简便,并且可以调节动态范围和精度,适用范围广。四棱锥波前传感系统的物理原理是傅科刀口检验。四棱锥作为相位模板,同时起到分光和相位滤波的作用,按照动态范围和精度的要求,可以通过振动四棱锥选择调制模式和非调制模式两种工作状态,实现动态范围和精度间的平衡。现在这一技术已经得到越来越多的研究,并在一些天文台得到了实际应用。为验证四棱锥技术的有效性和进一步研究其特点,本文完成了以下工作:研究了四棱锥波前传感技术的不同工作模式和各种改进结构,建立了其数学模型,并与哈特曼波前传感器进行了对比;根据波前传感技术的工作环境,以大气湍流的随机功率谱为基础,对大气进行模拟,作为系统的输入;使用MATLAB进行数值仿真,测试了不同输入下的工作表现,包括单阶泽尼克像差和大气湍流随机相位屏;分别验证了两种工作模式,对非调制模式按泽尼克多项式的模式重构,并对调制模式采用泽尼克多项式的梯度矩阵重构,比较了不同重构方式的精度,和调制半径对检测、重构的影响。仿真结果表明,四棱锥传感技术具有较高的精度,计算简单,光能利用率高,可以适应实际应用。并且,随着调制参数的变化,四棱锥传感器可以以精度为代价提高动态范围,这方便了不同环境下的应用,对于大像差的输入可以选择合适的调制参数。实验方面,结合现有条件,设计了使用空间光调制器作为分光器件的实验光路,给出了玻璃四棱锥加工参数。
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