實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)閉環(huán)實(shí)驗(yàn)

　　測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、波前控制器、波前傳感器、變形鏡、計(jì)算機(jī)等。

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

　　圖1：自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)物圖

　　用于測(cè)試歸一化互相關(guān)斜率算法有效性的實(shí)驗(yàn)在如圖1所示的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行，圖中展示了適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中除高壓放大器和計(jì)算機(jī)外的所有器件。

　　圖2：自適應(yīng)系統(tǒng)光路示意圖

　　該自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)如圖2所示。中心波長(zhǎng)λ為650nm的激光束通過(guò)直徑為70μm的尾纖輸出后，經(jīng)過(guò)一口徑為55mm、焦距為300nm的雙膠合透鏡L1準(zhǔn)直為平行光。該平行光通過(guò)口徑為20mm的變形鏡小角度反射后進(jìn)入L2、L3組成的縮束系統(tǒng)。縮束后的光通過(guò)分光鏡P，一部分進(jìn)入傳感器進(jìn)行像差探測(cè)，另一部分通過(guò)焦距為300mm的透鏡L4，在CCD上進(jìn)行成像以觀測(cè)P處波前的遠(yuǎn)場(chǎng)。這兩者將采集的圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，進(jìn)行圖像顯示及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。

　　計(jì)算機(jī)接收到波前傳感器采集到的圖像后，利用優(yōu)化后的歸一化互相關(guān)斜率程序進(jìn)行斜率提取，產(chǎn)生斜率向量。斜率向量通過(guò)波前復(fù)原和控制運(yùn)算，得到控制信號(hào)。控制信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換從計(jì)算機(jī)輸出到高壓放大器中進(jìn)行電壓放大，進(jìn)而控制變形鏡進(jìn)行波前校正，校正后的圖像由傳感器和CCD成像系統(tǒng)反饋給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)閉環(huán)。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

　　圖3：校正前的光斑圖像

　　圖4：校正后的光斑圖像

　　圖5：（a）閉環(huán)前的波面圖;（b）閉環(huán)后的波面圖（圖中數(shù)據(jù)皆以波長(zhǎng)λ為單位）

　　圖3是進(jìn)行系統(tǒng)閉環(huán)校正之前CCD探測(cè)到的遠(yuǎn)場(chǎng)光斑，其中圖（a）是光斑圖像的二維圖，圖中的橫縱坐標(biāo)表示像素在圖像中的位置；圖（b）為光斑光強(qiáng)分布的三維圖，橫縱坐標(biāo)表示像素在圖像中的位置，豎直方向的坐標(biāo)表示像素點(diǎn)的亮度值。從圖3中可以看出，由于相差影響，校正前光斑形狀彌散，中心能量不集中。圖4是經(jīng)過(guò)系統(tǒng)校正后的激光光斑圖像，其中圖（a）為靶面采集到的光斑圖像，圖（b）是相應(yīng)的三維光強(qiáng)分布圖，圖中坐標(biāo)意義與圖3相同。從圖4中可以看出，校正后的光斑圖像中可清晰分辨出中心光斑和衍射作用產(chǎn)生的同心圓環(huán)，而且相比于校正前的光斑，校正后的光斑能量更為集中。

　　圖5展示了校正前后的波前相面及具體參數(shù)的變化。由圖可知，通過(guò)系統(tǒng)校正，波前相面的峰谷值PV由原來(lái)的1.958λ降為了0.350λ，均方根值RMS從0.496λ減小為0.056λ（λ為上述激光束的中心波長(zhǎng)，即650nm），校正后的波前起伏更小，已接近理想平行光。

　　通過(guò)圖3和圖4的對(duì)比，以及圖5的分析，可以看出，優(yōu)化后的歸一化互相關(guān)斜率探測(cè)程序確實(shí)可以進(jìn)行有效的波前斜率探測(cè)，并且這一探測(cè)方式能夠很好地在偽光斑干擾的環(huán)境下工作，有良好的抗干擾性能。在偽光斑情況下，用質(zhì)心算法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須通過(guò)減閾值將偽光斑減掉才能進(jìn)行有效的目標(biāo)探測(cè)，但是在減掉偽光斑的同時(shí)，真實(shí)光斑的信號(hào)量也會(huì)被減掉，特別是當(dāng)偽光斑與真實(shí)光斑的強(qiáng)度差別不大，甚至超過(guò)真實(shí)光斑的強(qiáng)度時(shí)，減閾值的質(zhì)心算法將無(wú)法正常工作。

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　　圖：ATA-7030高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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