超松弛法哈特曼传感器波前重构仿真分析

第32卷　第1期　　　　　　　　　　　　　　　激光与红外　2002年2月　　　　　　　　　　　　　　LASER　&　INFRARED　　文章编号:100125078(2002)0120018202

Vol.32,No.1February,2002

超松弛法哈特曼传感器波前重构仿真分析

朱　彬1,杨泽平2,许　冰2,胡　渝3

(1.成都大学,四川成都610032;2.中国科学院光电技术研究所,四川成都610209;3.电子科技大学应用所,四川成都610054)

摘　要:哈特曼传感器是一种对环境要求低,测量精度高的光束质量测量仪器,但传统方法不

能对任意形状的光斑进行波前重构,即光束质量测量。文中采用超松弛法进行计算机仿真,验证了该方法能够适应任意入射形状光斑的波前复原,形状光斑光束质量问题。

关键词:哈特曼传感器;波前重构;超松池法中图分类号:TP212.14;TP391.9　　　withSuccessive

MethodforHartmanSensor

ZHUBin1,YANGZe2ping2,XUBing2,HUYu3

(1.ChengduUniversity,Chengdu610032,China;2.InstituteofOpticsandElectronics,Chinese

AcademyofSciences,Chengdu610209,China;3.Inst.ofAppliedPhysics,UESTofChina,Chengdu610054,China)Abstract:Hartmannsensorcanmeasurethebeamqualitywithhighaccuracy.Itcannotbeusedtomeasureirregularbeamshapeswithcommonmethods.Inthepaper,successiveoverrelaxationmethodisusedtoreconstructthewave2frontofHartmannsensorincomputersimulation.ItshowsthatthemethodcanreconstructwavefrontforirregularbeamshapesandsolvedtheproblemthatHartmannsensorcanmeasureregularbeamshapeonlyinprinciple.Keywords:hartmannwavefrontsensor;wavefrontreconstruction;successiveoverrelaxationmethod

　　在激光器系统中,为了得到高质量的输出光束,需要采用哈特曼传感器来对激光器的输出波前进行测量,得到波前相位分布数据,为改进系统提供可靠的依据。

哈特曼光学波前传感器是通过对入射波前的分割,测量局部波前斜率,进而通过相应的波前重构算法来实现对入射波前的测量的。而在这样的测量过程中,往往由于激光系统自身的原因而导致无法探测到完整的哈特曼光斑阵列,从而给准确的波前重构带来困难。RGLane[1]、JanHerrmann[2]及RHHugdin[3]等对波前重构算法进行了比较详尽的研究,这些研究主要考虑的是理想测量状态下的情况。本文对激光波前测量中经常遇到的探测信号不完全的情况下的波前算法进行了计算机仿真研究。结果表明,采用超松弛迭代解法能较好地解决这一情况下的波前重构问题。1　哈特曼传感器波前探测原理

哈特曼传感器对光波波前的测量是通过把入射波前分割成子波前阵列,分别测量出各个子波前的相位斜率,然后通过相应的波前重构算法来重构出波前相位的。如图1所示,入射波前被分割透镜阵

列分割成子波前阵列后,分别聚焦于阵列探测器上。

当一束标准平行光或者指定的参考光束入射并在CCD靶面上聚焦时,我们获得一组标定光斑。通过质心算法,可以获得光斑的质心坐标:

I(x,y)xdxdy∫∫I(x,y)dxdyx0=∫∫s　　　　　/s　　　　　(1.a)I(x,y)ydxdy∫∫I(x,y)dxdyy0=∫∫s　　　　　/s　　　　　(1.b)

其中,s为子透镜在CCD探测器上对应的成像区域,I(x,y)位于(x,y)处的像元的强度输出。这一组光斑的质心坐标(x0,y0)形成了哈特曼传感器进行波前测量的基础。有了这一组质心坐标之后,哈特曼传感器即可脱离参考光系统独立工作。

当带有像差的光束入射时,各个子波前在探测器靶面上的位置(xi,yi)将随着波像差的大小而产生移动,偏移量与局部波前斜率成正比:

　　基金项目:国防预研基金(99J0.0.1)

作者简介:朱彬(1960-),女,工程师,毕业于中国人民解放军洛阳外语学院应用数学系,长期从事计算机教学及软件设计。

收稿日期:2001210216