CN114265199A - 一种基于滤波小孔调制的波前校正装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于滤波小孔调制的波前校正装置及方法，具体包括波前校正器、聚焦光路、滤波小孔、成像系统、传感器和波前控制器。该装置仅利用主激光加一台传感器即可实现全系统的波前校正；本发明通过利用主激光远场加滤波小孔产生一理想点光源，该方法无需额外设置标准光源，即可实现焦点之后成像系统的系统误差标定，从而实现全链路的波前像差的精确测量和闭环校正，减少了误差来源；通过对滤波小孔施加一随机调制频率，克服了因主激光抖动带来的波前传感器无法采集均匀近场信息的问题；且该装置光路简单，体积小，调试便捷，可快速收敛得到符合要求的远场焦斑分布。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统的像差测量领域，特别是一种基于滤波小孔调制的波前校正装置及方法。
背景技术
在光学测量及自适应光学领域，特别是天文、激光自适应光学的波前测量和校正方面，如何完成测量系统像差的高精度标定、实现系统波前测量进而得到全系统高质量的校正效果是自适应光学研究的重要方向之一。
特别是随着超短脉冲激光技术的发展，追求更高峰值功率密度的焦斑已成为国内外研究的热点。在超短脉冲拍瓦激光装置中，为提高聚焦功率密度，各装置都采用了自适应光学系统来进一步提高压缩后的光束质量，精确控制焦斑的形态和位置。
发明内容
本发明的目的是为了弥补先前技术上的不足，提供一种基于滤波小孔调制的波前校正装置及方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于滤波小孔调制的波前校正装置，该装置包括波前校正器、聚焦光路、滤波小孔、成像系统、传感器和波前控制器；所述波前校正器位于聚焦光路之前；所述滤波小孔位于聚焦光路与成像系统之间；所述传感器位于成像系统之后。所述波前控制器分别与所述传感器和所述波前校正器相连。
携带前级光路信息的波前依次经所述的波前校正器和聚焦光路传输后于滤波小孔处聚焦，经滤波小孔滤波后产生一理想点光源，再经成像系统缩束成像至传感器；所述的传感器采集此时的波前信息作为参考波前，并传输至波前控制器；移走滤波小孔再次采集主激光的波前，利用所述的波前控制器控制波前校正器的面形，对采集到的焦斑进行优化处理，实现全系统静态波前的校正。
作为优选的，所述聚焦光路与所述成像系统共焦面，且F数互相匹配；
作为优选的，所述聚焦光路的衍射极限为AD，所述滤波小孔的直径为d，且d＜1.2AD；
作为优选的，所述滤波小孔位于聚焦光路与成像系统焦面处；
作为优选的，所述传感器与所述波前校正器互为共轭面；
作为优选的，主体光路的抖动频率为v1，小孔的调制频率为v2，且v1＜2v2；
一种基于滤波小孔调制的波前校正方法，该方法包括如下步骤：
步骤1，将滤波小孔置于所述的聚焦光路与成像系统焦面处；
步骤2，调节成像系统及传感器的位置，使传感器与波前校正器互为共轭面；
步骤3，对滤波小孔施加一个特定调制频率v2，且v1＜2v2，其中，v1为携带前级光路信息的波前的抖动频率；传感器采集此时的波前信息，记为w0，并将其设置为参考波前；
步骤4，移走滤波小孔，再次采集波前信息，此时采集到的波前为全系统的静态波前畸变，记为w1；
步骤5，利用所述的波前控制器控制波前校正器的面形，对全系统的静态波前畸变进行优化校正，当获得最佳焦斑时，波前校正器产生的面形为w2；此时可获得全系统最小波前畸变，记为wmin，wmin＝w1-w2。
与现有技术相比，本发明存在以下优点：
1)在焦点后方放置传感器，可直接采集全光路系统的静态波前畸变，实现对焦斑的最优校正；2)利用主激光远场加滤波小孔产生一理想点光源，无需设置标准光源，即可实现焦点之后成像系统的系统误差标定，从而实现全链路的波前像差的精确测量和闭环校正，减少了误差来源；3)对滤波小孔施加一特定调制频率，克服了因主激光抖动带来的波前传感器无法采集均匀近场信息的问题；
4)该装置光路简单，体积小，调试便捷，可快速收敛得到符合要求的焦斑。
附图说明
图1为本发明所提供的一种基于滤波小孔调制的波前校正装置的光路示意图；
图2为本发明的波前校正装置实施例的光路图；
图3为使用本发明装置校正前的全系统静态波前采集图像；
图4为使用本发明装置校正后的全系统静态波前采集图像。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面对本发明具体实施方式所提供的技术方案进行进一步说明。
如图1所示，为本发明所提供的一种基于滤波小孔调制的波前校正装置的光路示意图，该装置包括波前校正器1、聚焦光路2、滤波小孔3、成像系统4、传感器5和波前控制器6；所述聚焦光路2与所述成像系统4共焦面，且F数互相匹配；
携带前级光路信息的波前依次经所述的波前校正器1和聚焦光路2传输后于滤波小孔3处聚焦，经滤波小孔3滤波后产生一理想点光源，再经成像系统4缩束成像至传感器5；所述的传感器5采集此时的波前信息作为参考波前，并传输至波前控制器6；移走滤波小孔3再次采集主激光的波前，利用所述的波前控制器6控制波前校正器1的面形，对采集到的焦斑进行优化处理，实现全系统静态波前的校正。
本实施例提供了一种基于滤波小孔调制的波前校正装置，如图2所示，所述波前校正器2前放置有前置光路1，可实现光束的扩束、光路传输及偏转；所述聚焦光路3置于波前校正器2之后，可实现光束的传输及聚焦；所述滤波小孔4位于聚焦光路3的焦面处，用于产生理想点光源；所述成像系统5位于滤波小孔4之后，用于实现对点光源准直、扩束并成像；所述传感器6位于成像系统5之后，用于接收波面信息并反馈至波前控制器7。
携带前置光路1光路信息的波前经波前校正器2反射后，传输至聚焦光路3，经聚焦光路3反射并会聚于滤波小孔4处，再经滤波小孔4滤波后以点光源出射至成像系统5，经透镜组5-1准直后，再经透镜5-2和透镜5-3缩束至合适的口径入射至传感器6。
所述聚焦光路3与所述成像系统5共焦面，且F数互相匹配；所述滤波小孔4位于所述聚焦光路3与所述成像系统5焦面处，其直径为10μm；所述传感器6与所述波前校正器2互为共轭面；所述主体光路的抖动频率为v1，滤波小孔的调制频率为v2，且v1＜2v2；
在本实施例中基于滤波小孔调制的波前校正方法，其步骤如下：
步骤1，将滤波小孔4置于所述的聚焦光路3与成像系统5焦面处；
步骤2，调节成像系统5及传感器6的位置，使传感器6与波前校正器2互为共轭面；
步骤3，对滤波小孔4施加一个特定调制频率v2，且v1＜2v2，其中，v1为携带前级光路信息的波前的抖动频率；传感器6采集此时的波前信息，记为w0，并将其设置为参考波前；
步骤4，移走滤波小孔4，再次采集波前信息，此时采集到的波前为全系统的静态波前畸变，记为w1；
步骤5，利用所述的波前控制器6控制波前校正器2的面形，对全系统的静态波前畸变进行优化校正，当获得最佳焦斑时，波前校正器2产生的面形为w2；此时可获得全系统最小波前畸变，记为wmin，wmin＝w1-w2。
Claims (6)
1.一种基于滤波小孔调制的波前校正装置，其特征在于，该装置包括波前校正器(1)、聚焦光路(2)、滤波小孔(3)、成像系统(4)、传感器(5)和波前控制器(6)；所述聚焦光路(2)与所述成像系统(4)共焦面，且F数互相匹配；
携带前级光路信息的波前依次经所述的波前校正器(1)和聚焦光路(2)传输后于滤波小孔(3)处聚焦，经滤波小孔(3)滤波后产生一理想点光源，再经成像系统(4)缩束成像至传感器(5)；所述的传感器(5)采集此时的波前信息作为参考波前，并传输至波前控制器(6)；移走滤波小孔(3)再次采集主激光的波前，利用所述的波前控制器(6)控制波前校正器(1)的面形，对采集到的焦斑进行优化处理，实现全系统静态波前的校正。
2.根据权利要求1所述的基于滤波小孔调制的波前校正装置，其特征在于，所述聚焦光路(1)的衍射极限为AD，所述滤波小孔(3)的直径为d，且d＜1.2AD。
3.根据权利要求1所述的基于滤波小孔调制的波前校正装置，其特征在于，所述滤波小孔(3)位于聚焦光路(2)与成像系统(4)的焦面处。
4.根据权利要求1所述的基于滤波小孔调制的波前校正装置，其特征在于，所述传感器(5)与所述波前校正器(1)互为共轭面。
5.根据权利要求1所述的基于滤波小孔调制的波前校正装置，其特征在于，所述携带前级光路信息的波前的抖动频率为v1，滤波小孔的调制频率为v2，且v1＜2v2。
6.一种利用权利要求1-5任一所述的基于滤波小孔调制的波前校正装置进行波前校正的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1，将滤波小孔(3)置于所述的聚焦光路(2)与成像系统(4)焦面处；
步骤2，调节成像系统(4)及传感器(5)的位置，使传感器(5)与波前校正器(1)互为共轭面；
步骤3，对滤波小孔(3)施加一个特定调制频率v2，且v1＜2v2，其中，v1为携带前级光路信息的波前的抖动频率；传感器(5)采集此时的波前信息，记为w0，并将其设置为参考波前；
步骤4，移走滤波小孔(3),再次采集波前信息，此时采集到的波前为全系统的静态波前畸变，记为w1；
步骤5，利用所述的波前控制器(6)控制波前校正器(1)的面形，对全系统的静态波前畸变进行优化校正，当获得最佳焦斑时，波前校正器(1)产生的面形为w2；此时可获得全系统最小波前畸变，记为wmin，wmin＝w1-w2。
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