沙克哈特曼波前傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、沙克哈特曼波前傳感器可以用于激光光束質(zhì)量診斷，激光整形，光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)檢查，大氣擾動(dòng)測(cè)量，實(shí)時(shí)控制，以及高功率激光器系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域。由于它易操作，便于實(shí)時(shí)探測(cè)，而且可以直觀地顯示波前畸變分布，因而受到學(xué)者的廣泛關(guān)注?？茖W(xué)家哈特曼于1900年首次提出了Shack—Hartmann波前探測(cè)技術(shù)，后來科學(xué)家沙克對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，將原來的哈特曼光闌換成微透鏡陣列，從而大大提高了探測(cè)精度和光能利用率。然而，由于受到背景暗電平，高斯白噪聲等因素的

2、干擾，傳統(tǒng)的質(zhì)心算法誤差較大，無法得到精確的結(jié)果，從而影響到相位圖像。另外，由于工藝制作上的約束，其微透鏡尺寸大小一直是限制其分辨率的一個(gè)瓶頸。它的探測(cè)精度以及分辨率的高低，對(duì)于整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的工作性能，將產(chǎn)生非常重要的影響。
　　本文主要嘗試對(duì)沙克哈特曼波前傳感器光學(xué)系統(tǒng)所面臨的一些技術(shù)問題進(jìn)行研究，并探討了沙克哈特曼波前傳感器在細(xì)胞探測(cè)上的應(yīng)用。論文的主要內(nèi)容及貢獻(xiàn)如下:
　　一、初步建立了沙克哈特曼光波傳感器的模擬系統(tǒng)，

3、并采用數(shù)值模擬方法，分別使用平面波和高斯光束對(duì)其進(jìn)行模擬照射，還計(jì)算了不同斜率的高斯光束照射下，通過標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)一階矩質(zhì)心算法實(shí)際測(cè)得的斜率，從而驗(yàn)證了本模擬系統(tǒng)的可靠性。接著，在傳統(tǒng)一階矩算法的基礎(chǔ)上，使用高階矩算法、加閾值的一階矩算法等不同的質(zhì)心探測(cè)方法進(jìn)行了改進(jìn)，比較了它們?cè)诟鞣N條件下的測(cè)量誤差與探測(cè)精度;同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)各種質(zhì)心算法的測(cè)量精度與畸變程度、以及圖像信噪比等實(shí)驗(yàn)參數(shù)有關(guān)。
　　二、搭建了沙克哈特曼傳感器的硬件平臺(tái)，利

4、用空間光調(diào)制器產(chǎn)生了各種渦旋光場(chǎng)，并在遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)到了其強(qiáng)度信息。我們還分析了傳統(tǒng)探測(cè)算法存在的問題，分別提出了相關(guān)匹配算法和混合重心法。我們?cè)敿?xì)介紹了這兩種方法的原理，并將空間光調(diào)制器上光渦的位置分別在水平方向和垂直方向平移，分別用這兩種方法探測(cè)光渦的精確位置。我們對(duì)這兩種方法進(jìn)行了比較，從而能在很短的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，將沙克哈特曼傳感器的分辨率從原來的微透鏡尺寸級(jí)別提高到像素級(jí)別。
　　三、將沙克哈特曼波前傳感器應(yīng)用于細(xì)胞探測(cè)上，用它搭