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自适应光学系统能够实时测量并补偿受各种静态和动态扰动所造成的波前畸变,使光学系统具备自动适应外界条件变化,保持最佳工作状态的能力。其中波前校正器是自适应光学系统的核心器件。
近年来,随着自适应光学应用领域的扩展,具有批量生产能力的低成本微小型波前校正器成为自适应光学技术研究的热点。微加工薄膜变形镜具有价格低、重量轻、尺寸小、功耗低、单元数多、行程大和可以批量生产的优点,常用作低成本、小型化自适应光学系统的波前校正器。
文中分别对微加工薄膜变形镜的时间、空间特性、电压和位移关系、面形影响函数、像差校正能力、系统控制算法进行研究。并利用微加工薄膜变形镜作为波前校正器构成自适应光学闭环系统校正波前像差。
本文具体内容如下:
通过测量微加工薄膜变形镜的面形影响函数,首先用高斯函数拟合,计算高斯指数、高斯宽度和交连值,据此展开分析交连值对变形镜的拟合能力的影响;其次用Zernike多项式对其正交分解,据此展开分析该变形镜对Zernike多项式的拟合能力及校正,并实验验证。介绍了变形镜本征模的原理、构造方法以及特性,借助微加工薄膜变形镜的面形影响函数,利用变形镜本征模的方法,分析微加工薄膜变形镜的本征模式。
搭建以微加工薄膜变形镜为波前校正器、Shack-Hartmann波前传感器为波前探测器以及位移法、直接斜率法、模式法以及变形镜本征模为波前控制算法的自适应光学系统,并成功进行一系列室内闭环实验。
通过本文的研究,对微加工薄膜变形镜在自适应光学系统应用方面,得到如下结论:
微加工薄膜变形镜对低级像差有比较好的校正能力,但对高阶像差的校正能力相对较差。
针对微加工薄膜变形镜的控制算法没有特别的限制,直接斜率法、模式法、变形镜本征模等基于斜率探测探测的算法可以作为微加工薄膜变形镜自适应光学系统的波前控制算法。
受其损伤阈值、谐振频率和拟合能力的的限制,微加工薄膜变形镜主要的应用领域为天文、人眼等弱光、民用、像差变化缓慢的自适应光学系统中,构建小型化的、低成本的民用自适应光学系统。