【仪表网 仪表研发】近年来自适应光学系统不断提高对动态实时测量的要求，以更好地适应高能激光、天文观测、光学通讯等领域。近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室张军勇课题组利用斐波那契光子筛实现了曲率传感的单次曝光波前诊断与成像，相关成果发表在[Applied Physics Letters, 115, 234101 (2019)]。
据悉，曲率波前传感器是自适应光学中一种很有前途的新型波前传感器。它测量的是波前在光瞳内部的局部曲率和边缘上的法向斜率，其输出信号为波前的重构提供了足够的信息。这种新颖的波前传感技术很快受到重视，并已被实际应用于白适应望远镜系统中。
不同于基于波前斜率的波前传感技术，曲率传感是波前的二阶导数，其与相位分布的联系满足泊松方程，而变形镜的控制信号与变形量关系也恰满足该方程。利用这一特点，无须经过计算就可通过响应矩阵控制方法实现对曲率型变形镜的直接操控，缩短了自适应系统的反应时间，提高了自适应系统的在线实时性。
波前曲率传感是通过测量离焦面上的光强分布求得波前的曲率和相位分布。若要实现单次测量，需要同时至少记录焦平面前后的两层光强。振幅型斐波那契光子筛具有三维阵列衍射极限焦点功能，通过对待测物体的多重全同拷贝，将沿轴向分布的强度图映射到径向方位，单一探测器单次曝光即可实现多个不同传输面的同时记录，这就规避了曲率传感通常所采用的分时多次曝光。
另外，波前曲率传感运用衍射理论计算出两个离焦面上的光强分布，从而获得波前曲率和孔径边缘的波前径向倾斜。根据 Zernike 多项式的微分特性，采用两种不同的方法分别处理曲率和倾斜，使用积分的方法解决了在边界上8函数很难处理的问题。由探测器的几何分布预先算出控制矩阵，用Zemike多项式曲线拟合的方法重构出波前。计算机仿真表明波前残差小于5%，验证了此波前重构算法的可行性。
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资料来源：百度学术、上海光机所
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