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自适应光学常用仪器介绍

发布时间:2021-02-01 09:36:38 浏览量:145 作者:Paul

摘要

本文介绍了自适应光学中常用的几种关键器件,包括:哈特曼传感器,横向剪切干涉仪,波前分析仪,变形镜及空间光调制器


正文


简介


由三部分组成,光信号探测器,波前控制器,反馈控制。反馈控制部分依据信号探测器得到的光束信号,反馈给波前控制部分,形成一

个闭循环电路。


光信号探测器

哈特曼传感器

这是最为常见的一种探测器。在一个相机前面添加一组微透镜阵列。当光束经过微透镜阵列后,每个微透镜将光束聚焦为一个点。根据

点的位移以及透镜焦距计算得到光束的传播方向。


哈特曼传感器

恢复相位的方法有两种,一种是模型法,常见的模型是泽尔尼克波前模型,他是在一个圆圈内正交的。将每一项泽尔尼克系数的转化到

斜率后,与哈特曼的斜率拟合,从而得到各项泽尔尼克的系数。




另一种是区域法,使用的模型有Fired(图a),Hudgin(图b)和Southwell(图c)三种模型,Southwell模型中,每个微透镜假设为一个相位点,他与邻近相位为点的关系为斜率与距离的乘积。

区域法

横向剪切干涉仪

相比于哈特曼,他将前面的微透镜整列修改为0和pi的相位板。回复的相位能通常分辨率更高。








波前控制器

变形镜

连续型变形镜

Alpao公司提供薄膜型的,连续表面变形镜,每个驱动利用电磁的方式控制运动。



变形镜

分立式变形镜

镜面不在是连续的,有单独的小镜面组,每个单独的镜面可以做上下运动,有些公司单独镜面可以做倾斜。但是相对于连续的镜面,分

立式会有衍射光产生,效率偏低。



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液晶空间光调制器液晶空降光调制器,对于入射光需要线偏振光束。而且由于是像素组成的,同样也存在着衍射的现象。最后液晶相位

延迟是与波长有关的器件。


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反馈控制

有模型的反馈

使用哈特曼传感器测量得到的波前信息,将相位按照不同模式展开,展开的模式有Zernike模式,Lukosz模式,本征模式。变形镜模拟

各阶的Zernike模式会存在误差,但是本征模式是根据不同变形镜产生的不同模式,不存在误差,所以现在一些公司,例如Alpao都是

使用本征模式,通过变形镜的影响矩阵,计算得到控制矩阵,将相位信息与控制矩阵相乘后就能够得到变形镜需要的控制电压。


无模型的反馈

现有的算法有模拟退火和并行梯度下降算法。给变形镜随机添加一个扰动,使用哈特曼传感器,或者甚至使用一个光电探测器,得到这

个扰动对结果的评价。依据评价给镜面进一步的扰动,一直这样循环下去,知道稳定的结果。因为是随机扰动,所以需要不断的迭代过

程,相比于有模型的反馈速度会慢一些。


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