CP/CM系统中角锥棱镜阵列远场光斑倾斜提取精度研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:ying33809
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1953年Babcock首先提出了自适应光学的基本概念。其主体思想是通过实时的补偿波前畸变,减小系统光瞳处的波前像差,最终达到改善系统成像质量的目的。经过近70年的发展,目前自适应光学技术已经成为了各种先进光学系统中不可或缺的部分,如地基高分辨成像望远镜、激光核聚变系统、视网膜成像系统、自由空间光通信系统等等。而不同的情况对自适应光学系统有不同的要求。针对激光光束大气传输波前畸变校正的情况时,就要求自适应光学系统能同时对发射激光的光束进行净化和对大气湍流造成的波前畸变像差进行探测和校正。在Kenneth W.Billman提出的共光路/共模自适应光学(Common Path/Common Mode Adaptive Optics)概念的基础上,我国自适应光学技术的科研人员自主开发了全光路像差校正自适应光学系统。这种基于CP/CM结构的全光路像差校正自适应光学系统可以实现全光路像差的探测与校正,有着高度的集成性和可靠性。本文从解决工程实际应用问题出发,对于目前国内基于CP/CM全光路像差校正自适应光学系统理论的激光系统中出现的光束抖动频谱较宽(从低频30Hz左右到高频200Hz以上),用哈特曼传感器进行整体倾斜提取不能有效稳定光束的问题,提出了利用角锥棱镜阵列远场光斑进行倾斜提取的研究思路,并开展了相应的数据仿真和实验验证研究。所做主要工作包括:1、实际基于CP/CM全光路像差校正自适应光学系统原理的某系统中,内光路中通过引射系统输出的激光光束抖动频谱较宽,因此对光束稳定系统有较高要求。通过对抖动频谱以及远场光斑特征进行分析,提出了利用角锥棱镜阵列产生的远场光斑来进行倾斜提取从而稳定光束的方案,并对角锥棱镜阵列远光斑的质心偏移是否能真实代表激光光斑的质心偏移的问题,通过与常规远场光斑做对比进行了仿真分析。2、仿真实验中,我们仿真了CP/CM系统对于角锥棱镜阵列中单角锥棱镜综合角误差的容忍范围,并基于结果继续仿真了不同入射波前倾斜PV值和不同阵列占空比对角锥棱镜阵列远场光斑倾斜提取精度的影响,并得出了其与常规远场光斑倾斜提取精度的具体偏差,为实际工程应用提供了指导。3、开展了不同入射波前倾斜下对角锥棱镜阵列远场光斑与常规远场光斑倾斜提取精度的仿真验证性实验。由于仿真时能对入射波前倾斜控制至PV值变化而实际实验中只能参照用于对比的常规远场光斑倾斜,且实际角锥棱镜阵列加工装配误差并不能一一测量,实际平行光源光束口径无法扩束至覆盖整个61单元角锥棱镜阵列等因素影响,该光学对比系统得出的实验数据与仿真结果并不完全一致,但偏差基本控制在5个像素点之内。从实验数据得出,通过角锥棱镜阵列远场光斑进行整体倾斜提取满足实际系统对倾斜提取精度的要求。论文所做工作对实际工程通过角锥棱镜阵列远场光斑提取光束倾斜应用具有重要指导价值,在实际系统中应用本文所提出的用角锥棱镜阵列后远场光斑进行整体倾斜提取进而控制激光器光轴抖动的方法,成功解决了系统中激光器光轴稳定的问题。
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