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短波红外相机在自适应光学的应用

短波红外相机在自适应光学的应用

发布日期:2017-11-03 浏览次数:394

  本篇中, 我们将要介绍自适应光学,重点描述了短波红外相机在波前检测应用中的优势。我们同样关注天文学、激光通讯、生命显微科学和视网膜眼底相干光学(OCT)。 提出了短波红外相机在自适应光学应用中的核心性能参数。


  如何纠正大气折射误差?


  1953年Babcock 在太平洋天文学会出版物上撰文提出了对天文观测进行补偿的可能性。他提出改善天文观测图像用了一个" 自适应光学的"新概念。这个概念是要纠正由于大气折射率的变化导致的波前误差,否则大气湍流将极大地影响天文观测极限。


  尽管他的建议引起了军方的高度重视,但研究自适应光学的理论,并制作了第一套装备到望远镜的自适应系统却用了整整20年。这套技术极大地促进了相机技术和变形镜技术的进步。使得自适应光学技术被引入到其他应用场合,比如显微镜、视网膜图像和激光通讯。


  自适应光学是什么鬼?

  自适应光学(AO)是实时测量波阵面误差和畸变,并实时校正的一门技术。典型的AO系统包含三个要部件 :

  1、波前传感器(WFS)测量误差和畸变;

  2、控制系统,计算出需要纠正的量,并驱动校正设备;

  3、波前校正设备,用于补偿波阵面畸变量。


  最常用的WFS称为经典夏克哈特曼波前传感器(SH-WFS),这套设备在1971年被首次用于NASA和美国军事项目。

  这套系统基于基本的光学原理: 光波在均匀介质中沿直线传播,波前是垂直于传播方向的面。WFS通过微透镜阵列把光束分为许多束光(子孔径),这些光束聚焦在一个二维图像器件上或相机上。假如波阵面有畸变,聚焦的点位就会发生移动,这样移动的位置与波阵面就会形成一一对应的关系。


  这里的控制系统,其实是一个典型的带有控制算法软件的计算机。目的是确定各个聚焦点位,从而推算出波前倾斜和波前重构的信息,最终把这些信息传给波前校正器。


  最常用的波前校正器是变形镜(DM),受各种不同应用的驱动,市场上出现了各种不同类型的变形镜。在极端情况下的天文自适应系统,有最少不足20个,最多超过4000个驱动单元控制MEMS变形镜。



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