實驗名稱：自適應光學系統(tǒng)閉環(huán)實驗

　　測試設(shè)備：高壓放大器、波前控制器、波前傳感器、變形鏡、計算機等。

　　實驗過程：

　　圖1：自適應光學系統(tǒng)實物圖

　　用于測試歸一化互相關(guān)斜率算法有效性的實驗在如圖1所示的自適應光學系統(tǒng)平臺上進行，圖中展示了適應光學系統(tǒng)中除高壓放大器和計算機外的所有器件。

　　圖2：自適應系統(tǒng)光路示意圖

　　該自適應光學系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)如圖2所示。中心波長λ為650nm的激光束通過直徑為70μm的尾纖輸出后，經(jīng)過一口徑為55mm、焦距為300nm的雙膠合透鏡L1準直為平行光。該平行光通過口徑為20mm的變形鏡小角度反射后進入L2、L3組成的縮束系統(tǒng)。縮束后的光通過分光鏡P，一部分進入傳感器進行像差探測，另一部分通過焦距為300mm的透鏡L4，在CCD上進行成像以觀測P處波前的遠場。這兩者將采集的圖像傳輸?shù)接嬎銠C中，進行圖像顯示及實時數(shù)據(jù)處理。

　　計算機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)斜率程序進行斜率提取，產(chǎn)生斜率向量。斜率向量通過波前復原和控制運算，得到控制信號。控制信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換從計算機輸出到高壓放大器中進行電壓放大，進而控制變形鏡進行波前校正，校正后的圖像由傳感器和CCD成像系統(tǒng)反饋給計算機，實現(xiàn)系統(tǒng)閉環(huán)。

　　實驗結(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λ為單位）

　　圖3是進行系統(tǒng)閉環(huán)校正之前CCD探測到的遠場光斑，其中圖（a）是光斑圖像的二維圖，圖中的橫縱坐標表示像素在圖像中的位置；圖（b）為光斑光強分布的三維圖，橫縱坐標表示像素在圖像中的位置，豎直方向的坐標表示像素點的亮度值。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）是相應的三維光強分布圖，圖中坐標意義與圖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，通過系統(tǒng)校正，波前相面的峰谷值PV由原來的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，即650nm），校正后的波前起伏更小，已接近理想平行光。

　　通過圖3和圖4的對比，以及圖5的分析，可以看出，優(yōu)化后的歸一化互相關(guān)斜率探測程序確實可以進行有效的波前斜率探測，并且這一探測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)心算法進行計算時，必須通過減閾值將偽光斑減掉才能進行有效的目標探測，但是在減掉偽光斑的同時，真實光斑的信號量也會被減掉，特別是當偽光斑與真實光斑的強度差別不大，甚至超過真實光斑的強度時，減閾值的質(zhì)心算法將無法正常工作。

　　?高壓放大器推薦：ATA-7030

　　圖：ATA-7030高壓放大器指標參數(shù)

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