衍射式棱錐波前傳感器的技術(shù)研究.pdf

1、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量并補(bǔ)償大氣湍流造成的畸變，有效提高光束在大氣中的傳播質(zhì)量和光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，從根本上改善傳統(tǒng)光學(xué)技術(shù)對(duì)外界干擾無能為力的狀況。波前傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)波前畸變信號(hào)的實(shí)時(shí)探測(cè)并給校正器提供校正信號(hào)。波前傳感器要同時(shí)具有高速、高精度和弱光探測(cè)能力。常用的夏克—哈特曼波前傳感器(HSWFS)在弱光探測(cè)能力和空間采樣率方面受到限制，四棱錐波前傳感器(Pyramid wavefront sensor, PWFS)在上述兩方面明顯優(yōu)

2、于夏克—哈特曼波前傳感器。目前大部分四棱錐波前傳感器采用折射方式，國(guó)際上公認(rèn)的四棱錐鏡的加工標(biāo)準(zhǔn)為面形誤差的均方根值小于波長(zhǎng)的二十分之一，平臺(tái)寬度小于艾里斑直徑的十分之一。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的光學(xué)拋光法和光刻電鑄壓膜法(LIGA)均難以制作出滿足上述精度的四棱錐。棱錐的頂點(diǎn)不夠尖和椎頂?shù)钠脚_(tái)會(huì)降低測(cè)量精度。
　　本文基于折射式棱錐波前傳感器，結(jié)合二元光學(xué)原理和微細(xì)光學(xué)加工技術(shù)，設(shè)計(jì)一種衍射式棱錐波前傳感器，對(duì)衍射式棱錐波前傳感器的波前探測(cè)原

3、理進(jìn)行理論推導(dǎo)，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)探究。計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均證明衍射式棱錐器件可以對(duì)波前像差進(jìn)行有效探測(cè)，可用于小型，微型自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建。
　　首先，基于折射式棱錐波前傳感器，利用微細(xì)加工光學(xué)技術(shù)和二元光學(xué)基本原理，提出一種衍射型棱錐波前傳感器(DPWFS)的設(shè)計(jì)方案。解決現(xiàn)有的折射式棱錐波前傳感器在光學(xué)加工中的問題，為實(shí)現(xiàn)體積緊湊，易于加工和測(cè)量精度較高的四棱錐波前傳感器提供一種可行的途徑。
　　然后，針對(duì)衍

4、射式棱錐波前傳感器的波前測(cè)量原理進(jìn)行詳細(xì)的理論推導(dǎo)，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值仿真，仿真結(jié)果表明，衍射式棱錐波前傳感器與常用的折射式棱錐波前傳感器的波前探測(cè)能力接近，可以應(yīng)用到實(shí)際的波前測(cè)量中。
　　其次，針對(duì)衍射式棱錐波前傳感器的波前復(fù)原算法進(jìn)行了深入分析并基于模式法得出衍射式棱錐波前傳感器的復(fù)原結(jié)果，復(fù)原結(jié)果證實(shí)了復(fù)原算法的正確性。
　　最后，加工得到衍射式棱錐波前傳感器實(shí)物，搭建一套基于液晶空間光調(diào)制器(LC-SLM)的衍射式棱