基于电压解耦控制多波前校正器的自适应光学系统

摘要

一种基于电压解耦控制多波前校正器的自适应光学系统，包括多个波前校正器、分光镜、一个波前传感器和一个波前处理机；多个波前校正器在光路中随意串联排布，波前传感器在空间上与最高精度波前校正器满足共轭关系，最高精度波前校正器对波像差进行高精度直接斜率法校正，其他各波前校正器根据高精度波前校正器的校正电压解耦算法对低阶波前像差进行电压解耦分离，对特定像差进行模式法校正，也可以对全部像差进行直接斜率法校正，最终各个波前校正器校正像差叠加，完成对总体像差的高精度校正。本发明用于强激光领域的光束净化自适应光学系统，大气湍流校正、热晕校正等相差变化剧烈，需要多套自适应光学系统联合校正的光学领域。

主权项

基于电压解耦控制多波前校正器的自适应光学系统，其特征在于包括：波前校正器组(2)、分光镜(3)、波前传感器(4)和波前处理机(5)，所述的波前校正器组(2)由多个波前校正器组成，即由一个单独对倾斜像差进行校正的倾斜镜和多个变形镜组成，所述的倾斜镜位于多个变形镜位前，多个波前校正器在光路中可以随意串联排布，没有位置要求，但最高精度波前校正器与波前探测器空间分辨率相匹配，在几何位置上满足共轭关系；波前处理机(5)由一个驱动控制倾斜镜的倾斜控制模块和多个变形镜驱动控制模块组成，每个波前控制模块分别驱动控制波前校正器组(2)中的一个波前校正器；激光束(1)经波前校正器组(2)到达分光镜(3)，部分能量经分光镜(3)透射出去，另一部分能量经分光镜(3)反射进入波前传感器(4)，使激光束(1)的光学波前斜率信息被波前传感器(4)所探测，进入波前处理机(5)，波前处理机(5)中最高精度波前校正器控制模块控制最高精度波前校正器对波前像差进行高精度直接斜率校正，其余波前校正器控制模块根据最高精度波前校正器控制模块的波前重构电压V_H进行像差模式分解，第i个波前校正器的波前重构电压表示为：$V_i=R_i^{+}{G}_i=R_i^{+}{\mathrm{DA}}_i={R_i}^{+}{\mathrm{DD}}^{+}{R}_H{V}_H{I}_i$式中R⁺_i为波前校正器Dm_l的斜率响应矩阵的广义逆矩阵，G_i为第i个波前校正器需校正的波前斜率向量，矩阵D为Zernike多项式偏导数矩阵，A_i为第i个波前校正器需校正的各阶Zernike像差系数向量，D⁺为Zernike多项式偏导数矩阵D的广义逆矩阵，R_H为最高精度波前校正器的斜率响应矩阵，V_H为最高精度波前校正器控制模块的波前重构电压，I_i为模式像差滤波矩阵，为总Zernike像差系数最高阶的方阵，形式为除对角线上与需校正像差阶数对应的元素为1以外，其余元素全为0，Dm_l就只对指定的单阶或多阶Zernike波像差起校正作用，如果对I_i为完整的单位对角矩阵，则第i个波前校正器对全部像差进行模式法校正，最终各个波前校正器校正的像差叠加，完成对总体像差的高精度校正，由于各个波前校正器只校正部分像差，校正量小于总像差，因此校正精度优于最高精度的波前校正器的校正精度；所述的多个波前控制模块均采用同一个波前控制电压信息，分别进行电压解耦控制进行分解，各模块之间不进行数据交换，各个处理机均实现高精度闭环控制。