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湖南幸运赛车开奖与奖金: 各种波前传感器原理及比较

2014-08-09|来自:梦溪|发布:波前传感器

湖南幸运赛车考试题 www.2nwzz.cn 目前常用的波前传感器主要有:哈特曼波前传感器(梦溪)、剪切干涉仪波前传感器、曲率波前传感器(梦溪)和Pyramid波前传感器。除此之外,还有外差点衍射干涉仪波前传感器和位相差波前传感器,外差点衍射干涉仪波前传感器是在点衍射干涉仪基础上采用移相干涉技术发展起来的,它可以实时地直接测量波前相位畸变而无需较复杂的波前重构计算,但是由于光能利用率很低,所以仅适用于工作在强光条件下的波前传感器或光束诊断系统;位相差波前传感器是由己知的象差来区分任意两帧图象内容,以获得波前畸变信息及目标谱函数,但该技术的计算量较大,随着现代计算机处理速度的提高,可扩展其应用。

剪切干涉仪波前传感器:利用光束自身的错位就可以形成干涉条纹,不需要额外提供参考波面,根据干涉条纹的成因采取相应算法就可以重构出波前位相分布,因此在进行瞬态波前检测的场合受到格外重视。横向剪切干涉法可以用较小的干涉仪对较大的被测物进行测量,因。目前主要用于检测各种光学零部件、光学系统,也可用于研究气体与液体中的流动、扩散、均匀性等。其原理就是通过横向移动被测波面,使原始波面与错位波面之间产生重叠并发生干涉,从而产生横向剪切干涉图。径向剪切干涉体系的原理早在二十世纪六七十年代已有许多经典的研究。其基本原理是用一定的装置将一个具有空间相干性的波前分裂成两个完全相同或相似的波前,让这两个波前彼此产生一定量的相位错位,在错位后的两波面重叠区形成一组干涉条纹。对原始波面实现剪切后的两个波面孔径相对于原始波面孔径,其缩放比例不同,整个干涉仪可以看作是一个成像光学系统,能同时对一个物体成不同放大倍数的两个像。径向剪切干涉的难点在于恢复波前位相信息,因而波前重构需要巨大的计算量。但随着计算机技术及CCD相机技术的发展,波前重构的问题迎刃而解,所以对于瞬态波前检测其实用性又得到了重新重视。

曲率波前传感器:原理是通过测量离焦面上的光强分布,求得光束波前的曲率和相位分布,以波前曲率(标量)测量代替了传统方法中的波前斜率(矢量)的测量。由于波前曲率分布与相位分布的联系可用泊松方程表示,因此用曲率传感器测得的曲率分布信号可以直接用于补偿被测波前的畸变,并不需要经过计算。因此,用于自适应光学系统,尤其是在低阶系统中,它具有非常好的性能。

Pyramid(四棱锥)波前传感器:基本原理是在入瞳焦平面上,放置一角锥棱镜,其顶点和焦点重合,光波经棱镜的四个面,沿不同方向,在CCD探测面上形成四幅图象,然后根据子图象中的强度分布,计算出波前斜率,继而得到波前相位信息。

梦溪的哈特曼波前传感器:德国科学家哈特曼于1900年首次提出哈特曼波前探测技术,他在被检测物镜前放一块开着许多按一定规律排列的小孔的光阑,通常称为哈特曼光阑。光束通过此光阑后被分割成许多细光束,只要在被测物镜焦面前后两垂直光轴的截面上测出各细光束中心坐标,根据简单的几何关系就可以求得被检测物镜的几何象差。直到现在,这一方法仍然在大型天文望远镜主反射镜面形误差的检验中使用。由于经典哈特曼法中焦面前后截得的光斑直径较大,光斑中心坐标的测量精度很低,而且只利用了光阑上开孔部分的光线,光能损失较大。后对此方法作了改进,把哈特曼光阑换成一阵列透镜,这样既可提高光斑中心坐标的测量精度,又大大提高了光能利用率。根据这种改进的哈特曼原理设计的波前传感器被称为哈特曼一夏克(Hartmann--Shack)波前传感器。

传统的剪切干涉仪的优点是可省去标准的参考光学表面,结构简单稳定。其弱点是对测量环境较为敏感,剪切后形成的干涉图形判读比较困难,波前复原繁琐,难以适用于大口径衍射极限波面的高精度检测,一般用来检测光学仪器的相差。曲率波前传感器结构相对简单,其原理使得它大大提高了自适应光学系统的反馈速度,还没有得到广泛的应用。Pyramid(四棱锥)波前传感器作为一种新型的波前检测元件,与其他传统的波前传感器相比较,具有较高的灵敏度,在国外研究中应用于单口径望远镜的自适应光学,还不能满足一般的工程应用。

哈特曼波前传感器原理简单,具有探测速度快,可以直接反应波前畸变模式等优点,正是由于哈特曼一夏克波前传感器的成熟研究和成功应用,已有多家公司(梦溪)推出了商品化仪器。

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