自适应光学系统波前传感器设计与优化

论文摘要

本文首先对自适应光学的基本原理和系统组成以及几种常用的实时波前探测方法进行了介绍,特别是在自适应光学系统中应用比较成熟,而且在实际工作中比较稳定的直接斜率法的基本原理。本论文详细分析夏克—哈特曼（Shack-Hartmann）波前传感器质心探测误差的来源及对系统的测量精度的影响,并提出了一种简单实用的提高波前传感器质心探测精度的解决方法。本论文还初步建立了自适应光学系统数值仿真程序,分析了变形反射镜驱动器影响函数的数学模型,以及其对自适应光学系统波前校正能力的影响。分析了波前传感器不同的子孔径布局对自适应光学系统波前校正能力的影响,同时还分析计算了波前传感器与波前校正器之间的对准误差对自适应光学系统校正能力的影响。在本论文的工作中还针对实际自适应光学系统,设计了具有工程实用价值的复合传感器,用于对激光器的波像差测量和光束质量诊断,并利用该复合传感器进行全系统的闭环控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 自适应光学的基本概念
• 1.2 自适应光学系统的基本组成
• 1.3 自适应光学技术发展概况
• 1.4 本论文的主要任务
• 第二章 波前复原与波前控制算法
• 2.1 哈特曼波前传感器工作原理
• 2.2 波前复原
• 2.2.1 Zernike模式法波前复原
• 2.2.2 区域法波前复原
• 2.3 波前控制
• 2.3.1 直接比例控制
• 2.3.2 多变量解耦控制
• 2.4 波前复原与控制的评价指标
• 2.5 小结
• 第三章 波前传感器的设计指标及影响因素
• 3.1 自适应光学系统校正能力指标
• 3.2 变形反射镜影响函数
• 3.3 哈特曼传感器质心探测精度分析
• 3.3.1 哈特曼波前传感器的误差来源
• 3.3.2 背景电平对中心探测的影响
• 3.3.2.1 中心位置的系统误差
• 3.3.2.2 中心位置随机误差
• 3.3.3 提高探测精度的闭值方法
• 3.3.4 实验结果
• 3.4 小结
• 第四章 自适应光学系统复合传感器工程设计
• 4.1 波前传感器与变形反射镜驱动器布局优化设计
• 4.1.1 变形反射镜驱动器布局
• 4.1.2 波前传感器子孔径布局优化设计与系统校正能力估计
• 4.1.2.1 系统校正能力估计仿真软件
• 4.1.2.2 系统校正能力优化设计
• 4.1.2.3 驱动器与子孔径调整误差对系统校正能力的影响
• 4.2 复合传感器结构设计
• 4.2.1 传感器总体结构设计
• 4.2.2 传感器消色差设计
• 4.2.3 传感器光机结构设计
• 4.3 小结
• 第五章 试验数据及分析
• 5.1 波前传感器试验数据分析
• 5.2 远场测量试验数据分析
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的成果