强大气湍流下扩展信标波前重建方法研究

针对强湍流环境下自适应光学系统无理想点信标波前探测的难题,本文提出利用光场传感器(Plenoptic sensor)对扩展信标进行光场信息探测。对扩展信标的光场成像原理、波前位相重建算法、误差影响规律进行研究,利用等效法将扩展信标看做数个离散点的集合,简化扩展信标在光场传感器上的成像过程,然后将光场图像按照特定方式重新进行排列组合。通过图像互相关法和Zernike模式法实现0°视场的波前重建。针对不同输入像差系数、单列微透镜单元数和噪声等误差影响因素进行仿真研究,结果表明:当输入像差在6.5λ以内时,波前重建精度约为0.08λ,对于图像分辨率为1080×1080、像元尺寸为5.5μm的图像探测器,单列微透镜单元数在40~50之间时波前重建精度最高,此外,系统噪声几乎不影响精度。最后,搭建了扩展信标波前探测系统,通过探测扩展信标对0°视场的4种像差波前进行重建,实验系统的波前重建精度约为0.04λ,基本满足自适应光学系统的波前检测要求。