CN109683312A - 一种自适应光学***像传递关系的调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自适应光学***像传递关系的调节方法，属于自适应光学技术领域，具体调节方法为：变形镜驱动器未施加电压时，利用CCD传感器获得施压前光束强度图，选择若干个变形镜驱动器并分别施加电压，利用CCD传感器获得施压后光束强度图，对比施压前光束强度图和施压后光束强度图，判断变形镜与CCD传感器之间是否建立了严格的像传递关系，然后通过精确调节CCD传感器的位置进而定标变形镜像面位置，保证自适应光学***中变形镜与波前传感器之间建立严格的像传递关系，以提高自适应光学***波前测量和校正的准确性。
Description
技术领域
本发明属于自适应光学技术领域，具体地说涉及一种自适应光学***像传递关系的调节方法。
背景技术
波前畸变严重影响了激光光束质量，为了消除波前畸变，自适应光学技术被广泛应用(一、Adaptive optics-a progress review,《Proc.SPIE》,Vol.1542,1991,2-17.二、Modeling and control of a deformable mirror,《Journal of Dynamic Systems,Measurement,and Control》,Vol.124,2002,297-302.)。自适应光学***是一种实时探测和校正随机光学波前像差的***，它主要由波前传感器(哈特曼波前传感器或者曲率传感器等)、波前校正器(倾斜镜、变形镜等)和波前控制器等部分组成。由波前传感器实时探测像差波前信息，并由波前控制器将波前传感器探测得到的信号经过控制算法转化为波前校正器各个驱动器的电压控制信号，电压控制信号驱动波前校正器改变镜面面形，从而实现波前误差的实时校正。为了取得好的波前校正效果，自适应光学***中变形镜与波前传感器之间需要建立严格的像传递关系(一、Adaptive optics at the PHELIX laser,《Proc.SPIE》,Vol.6584,2007,658402.二、Deformable mirror based on piezoelectricactuators for the adaptive system of the Iskra-6 facility,《QuantumElectronics》,Vol.37,2007,691-696.)，如何高精度的调节自适应光学***中像传递关系是亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种自适应光学***像传递关系的调节方法，以提高自适应光学***波前测量和校正的准确性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种自适应光学***像传递关系的调节方法，包括以下步骤：
S1：调整光学***中各光学元件的位置，保证入射光束经变形镜反射至CCD传感器；
S2：变形镜驱动器未施加电压时，利用CCD传感器获得变形镜像面位置的光束强度图并定义为施压前光束强度图；
S3：选择若干个变形镜驱动器并分别施加电压，利用CCD传感器获得若干个施压后变形镜像面位置的光束强度图，并定义为施压后光束强度图；
S4：将施压前光束强度图分别与若干个施压后光束强度图进行对比，若光束强度分布均未发生变化，则认为变形镜与CCD传感器之间建立了严格的像传递关系，调节过程结束，反之，则认为变形镜与CCD传感器之间未建立严格的像传递关系并执行S5；
S5：将CCD传感器沿其光轴移动，重复执行S2至S4，直至变形镜与CCD传感器之间建立了严格的像传递关系。
进一步，所述光学***包括分光镜、反光镜、CCD传感器、变形镜和控制器，所述分光镜倾斜设置，且分光镜与变形镜同光轴设置，入射光束经分光镜后透射至变形镜，经变形镜反射回的入射光束经分光镜后分为取样光束和出射光束，所述反光镜和CCD传感器同光轴设置，且反光镜与分光镜对应设置，取样光束依次入射至反光镜和CCD传感器，所述控制器分别与CCD传感器、变形镜电连接。
进一步，所述分光镜、反光镜与水平面的夹角均为45°。
进一步，所述反光镜和CCD传感器之间还设有缩束组件，所述缩束组件包括共焦点的第一透镜和第二透镜，且缩束组件的光轴与CCD传感器的光轴重合。
进一步，所述反光镜上镀有增反膜，所述第一透镜和第二透镜上均镀有增透膜。
进一步，所述步骤S3中，选择施加电压的变形镜驱动器的个数不少于3个。
进一步，所述步骤S4中，当若干个施压后光束强度图中至少有一者与施压前光束强度图对比发生改变时，则认为变形镜与CCD传感器之间未建立严格的像传递关系。
本发明的有益效果是：
利用CCD传感器获得施压前光束强度图与施压后光束强度图，通过对比，判断变形镜与CCD传感器之间是否建立了严格的像传递关系，然后通过精确调节CCD传感器的位置进而定标变形镜像面位置，保证自适应光学***中变形镜与波前传感器之间建立严格的像传递关系，以提高自适应光学***波前测量和校正的准确性。
附图说明
图1是本发明中光学***的结构示意图；
图2是CCD传感器位置调节前的施压前光束强度图；
图3是CCD传感器位置调节前的施压后光束强度图；
图4是CCD传感器位置调节后的施压前光束强度图；
图5是CCD传感器位置调节后的施压后光束强度图。
附图中：1-入射光束、2-分光镜、3-变形镜、4-反光镜、5-第一透镜、6-第二透镜、7-CCD传感器、8-控制器、9-出射光束。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
实施例一：
一种自适应光学***像传递关系的调节方法，包括以下步骤：
S1：调整光学***中各光学元件的位置，保证入射光束经变形镜反射至CCD传感器。
具体的，如图1所示，所述光学***包括分光镜2、反光镜4、CCD传感器7、变形镜3和控制器8，所述分光镜2倾斜设置，且分光镜2与变形镜3同光轴设置，入射光束1经分光镜2后透射至变形镜3，经变形镜3反射回的入射光束经分光镜2后分为取样光束和出射光束9，所述反光镜4和CCD传感器7同光轴设置，且反光镜4与分光镜2对应设置，取样光束依次入射至反光镜4和CCD传感器7，所述控制器8分别与CCD传感器7、变形镜3电连接。本实施例中，所述分光镜2、反光镜4与水平面的夹角均为45°。同时，所述反光镜4和CCD传感器7之间还设有缩束组件，所述缩束组件包括共焦点的第一透镜5和第二透镜6，且缩束组件的光轴与CCD传感器7的光轴重合。所述反光镜4上镀有增反膜，所述第一透镜5和第二透镜6上均镀有增透膜。
S2：变形镜驱动器未施加电压时，利用CCD传感器7获得变形镜像面位置的光束强度图并定义为施压前光束强度图。
S3：选择若干个变形镜驱动器并分别施加电压，利用CCD传感器7获得若干个施压后变形镜像面位置的光束强度图，并定义为施压后光束强度图，也就是说，施压后光束强度图的个数与选择的变形镜驱动器个数相等。作为优选，选择施加电压的变形镜驱动器的个数不少于3个，即至少获得3个施压后光束强度图。
S4：将施压前光束强度图分别与若干个施压后光束强度图进行对比，当若干个施压后光束强度图中的光束强度分布均未发生变化时，则认为变形镜3与CCD传感器7之间建立了严格的像传递关系，调节过程结束；当若干个施压后光束强度图中至少有一者与施压前光束强度图对比发生改变时，则认为变形镜3与CCD传感器7之间未建立严格的像传递关系，此时，执行S5。
S5：将CCD传感器7沿其光轴前后移动，重复执行S2至S4，直至变形镜3与CCD传感器7之间建立了严格的像传递关系。
变形镜驱动器施加电压改变了入射光束在变形镜物面的波前信息而并未改变强度信息，而后入射光束成像在CCD传感器上。若变形镜与CCD传感器之间存在严格的像传递关系，那么变形镜驱动器施加电压前后CCD传感器测量到的光束强度分布应不发生变化。若变形镜与CCD传感器之间不存在严格的像传递关系，那么光束强度分布会由于变形镜上波前信息的变化发生相应的变化。因此，通过对比施压前光束强度图与施压后光束强度图，判断变形镜与CCD传感器之间是否建立了严格的像传递关系，然后通过精确调节CCD传感器的位置进而定标变形镜像面位置，保证自适应光学***中变形镜与波前传感器之间建立严格的像传递关系。
实施例二：
本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：
本实施例中，各光学元件的参数分别如下：
入射光束的口径为50×50mm，波长为1053nm；分光镜的口径为100×100mm，45°放置，对1053nm激光反射率为1％；变形镜的参数如表1所示；反光镜的口径为100×100mm，45°放置，对1053nm激光反射率为99.95％；第一透镜的口径为100×100mm，焦距为500mm；第二透镜的口径为15×15mm，焦距为40mm；CCD传感器的参数如表2所示；出射光束的口径为50×50mm，波长为1053nm。
表1：变形镜主要技术参数
| 技术指标名称 | 技术指标参数 |
| 有效口径 | 50mm×50mm |
| 驱动器冲程 | 10μm |
| 驱动器数目和布局 | 6×6正方形 |
| 最小闭环带宽 | 1Hz |
| 表面反射率 | ≥99.95％@1053nm |
表2：CCD传感器主要技术参数
具体调节过程如下：
1、CCD传感器测量变形镜像面位置的强度信息，得到施压前光束强度图，如图2所示。
2、随机选择变形镜的4个驱动器施加电压，得到4个施压后光束强度图，如图3所示。将图3与图2对比发现变形镜驱动器施加电压后光束强度分布有明显变化，说明变形镜与CCD传感器之间未建立严格的像传递关系。
3、沿着CCD传感器的光轴方向调节CCD传感器的前后位置，反复迭代，直至施压后光束强度图中光束强度分布未发生改变，也就是说，通过调节CCD传感器的位置，保证变形镜与CCD传感器之间建立精确且严格的像传递关系。此时，施压前光束强度图如图4所示，施压后光束强度图如图5所示，图4与图5对比后发现变形镜驱动器施加电压后光束强度分布未发生改变，说明变形镜与CCD传感器之间建立精确且严格的像传递关系。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (7)
1.一种自适应光学***像传递关系的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：调整光学***中各光学元件的位置，保证入射光束经变形镜反射至CCD传感器；
S2：变形镜驱动器未施加电压时，利用CCD传感器获得变形镜像面位置的光束强度图并定义为施压前光束强度图；
S3：选择若干个变形镜驱动器并分别施加电压，利用CCD传感器获得若干个施压后变形镜像面位置的光束强度图，并定义为施压后光束强度图；
S4：将施压前光束强度图分别与若干个施压后光束强度图进行对比，若光束强度分布均未发生变化，则认为变形镜与CCD传感器之间建立了严格的像传递关系，调节过程结束，反之，则认为变形镜与CCD传感器之间未建立严格的像传递关系并执行S5；
S5：将CCD传感器沿其光轴移动，重复执行S2至S4，直至变形镜与CCD传感器之间建立了严格的像传递关系。
2.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，所述光学***包括分光镜、反光镜、CCD传感器、变形镜和控制器，所述分光镜倾斜设置，且分光镜与变形镜同光轴设置，入射光束经分光镜后透射至变形镜，经变形镜反射回的入射光束经分光镜后分为取样光束和出射光束，所述反光镜和CCD传感器同光轴设置，且反光镜与分光镜对应设置，取样光束依次入射至反光镜和CCD传感器，所述控制器分别与CCD传感器、变形镜电连接。
3.根据权利要求2所述的调节方法，其特征在于，所述分光镜、反光镜与水平面的夹角均为45°。
4.根据权利要求2所述的调节方法，其特征在于，所述反光镜和CCD传感器之间还设有缩束组件，所述缩束组件包括共焦点的第一透镜和第二透镜，且缩束组件的光轴与CCD传感器的光轴重合。
5.根据权利要求4所述的调节方法，其特征在于，所述反光镜上镀有增反膜，所述第一透镜和第二透镜上均镀有增透膜。
6.根据权利要求3-5任一所述的调节方法，其特征在于，所述步骤S3中，选择施加电压的变形镜驱动器的个数不少于3个。
7.根据权利要求6所述的调节方法，其特征在于，所述步骤S4中，当若干个施压后光束强度图中至少有一者与施压前光束强度图对比发生改变时，则认为变形镜与CCD传感器之间未建立严格的像传递关系。
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