自动化技术论文_光场波前传感技术研究

文章目录

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 常用波前传感器的分类与简介

    1.2.1 夏克-哈特曼传感器

    1.2.2 曲率波前传感器

    1.2.3 剪切干涉仪

    1.2.4 棱锥波前传感器

1.3 国内外研究现状

    1.3.1 国外研究现状

    1.3.2 国内研究现状

1.4 论文主要内容及章节安排

第2章 光场波前传感器基本原理

2.1 光场相机基本结构及波前探测原理

2.2 光场波前传感器基本结构

2.3 光场波前传感器成像原理

    2.3.1 傅里叶光学分析

    2.3.2 成像结果分析

2.4 光场波前传感器测量性能参数分析

    2.4.1 灵敏度

    2.4.2 动态范围

2.5 光场波前传感器成像数值仿真分析

    2.5.1 Kolmogorov大气湍流模型

    2.5.2 Zernike多项式模拟波前像差

    2.5.3 成像仿真结果

2.6 本章小结

第3章 光场波前传感器波前复原方法研究

3.1 波前重构算法

    3.1.1 基于“棋盘分割”的波前重构算法

    3.1.2 改进的基于“棋盘分割”的波前重构算法

3.2 波前复原算法

3.3 数值仿真分析

3.4 本章小结

第4章 光场波前传感器波前校正方法研究

4.1 基于光场波前传感器的直接斜率法

4.2 响应矩阵测量方法

    4.2.1 推拉法

    4.2.2 模式法

4.3 响应矩阵测量实验

    4.3.1 推拉法实验结果

    4.3.2 模式法实验结果

4.4 本章小结

第5章 光场波前传感器自适应光学系统实验研究

5.1 自适应光学系统实验平台

5.2 实验系统波前传感器

    5.2.1 夏克-哈特曼波前传感器

    5.2.2 光场波前传感器

5.3 实验系统波前校正器

5.4 波前复原实验结果

5.5 波前校正实验结果

    5.5.1 单项像差闭环校正结果

    5.5.2 随机像差闭环校正结果

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文完成工作总结

6.2 论文创新点总结

6.3 未来研究展望

参考文献

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章摘要:自适应光学技术是一项融合多种学科为一身的技术,主要通过实时探测波前畸变并进行补偿,提高系统的成像质量。经过半个多世纪的发展,目前自适应光学技术已成功应用于多个领域。传统的波前传感器（如夏克-哈特曼波前传感器）在湍流强度较弱的条件下能够取得良好的波前探测效果,然而在面对强湍流环境时,波前探测效果则明显下降,甚至无法进行波前复原。因此研究强湍流条件下的波前传感方法,对扩展自适应光学系统的应用具有重要意义。本文围绕光场波前传感器,对其波前复原和波前校正方法开展了研究,搭建了自适应光学系统实验平台,进行了强湍流条件下的波前探测及校正实验验证。本文的主要工作内容如下:1.对光场波前传感器的传感原理从傅里叶光学角度进行了详细分析,研究了影响其测量性能的因素,并对其成像过程进行仿真,得到了理想平面波光场仿真图像和入射波前包含Zernike像差的光场仿真图像。2.针对基于“棋盘分割”的波前重构算法复原精度不高的问题,提出了一种对各“棋盘”单元光强分布最大值与次大值进行加权求和的计算方法,提高了波前斜率计算精度。并使用仿真光场图像进行了复原仿真分析,仿真结果表明该算法能够获得更高的波前复原精度。3.针对基于光场波前传感器的自适应光学系统,提出采用直接斜率法进行系统的波前校正。同时分析了推拉法和模式法两种测量系统响应矩阵的方法,通过实验验证表明使用模式法可以获得精度更高的系统响应矩阵。4.设计并搭建了基于光场波前传感器的自适应光学系统实验平台,对提出的波前复原和波前校正方法分别进行了实验验证。波前复原实验结果表明,改进后的重构算法显著提升了波前复原精度。波前校正实验结果表明,提出的波前校正方法可以对畸变入射波前进行闭环校正,并且对畸变严重的入射波前,光场波前传感器仍可以获得准确的波前相位信息,进而通过变形镜完成闭环校正,验证了其在强湍流条件下的波前传感能力。

文章来源：《传感技术学报》 网址: http://www.cgjsxb.cn/qikandaodu/2022/0121/604.html