自参考干涉波前传感器关键技术研究

波前传感器在天文观测、工业、医疗、测试等领域有着广泛应用，对于当前应用最广的梯度波前传感器（如哈特曼波前传感器和横向剪切干涉仪），当强闪烁出现时它们的探测效率将严重下降。同时，它们的空间分辨率有限且不能有效探测不规则入瞳形状光束的波前相位。然而，自参考干涉波前传感器（SRIWFS）直接复原每一子孔径（像素）光束的波前相位，理论上不受强闪烁的影响，同时能够实现高分辨率波前传感。申请人在博士论文工作中对SRIWFS的原理、复原精度、SRIWFS中针孔直径的影响以及SRIWFS在自适应光学系统中的应用性能进行了详细研究；并且发现，目前SRIWFS还存在波前复原效率（复原精度和实时性）、抗环境振动与大气扰动、光能利用率等方面的问题。本项目将针对这些技术问题进行深入的理论与实验研究，目的在于提高或改善SRIWFS对应用场合的适应能力，为促进SRIWFS的实际应用作出科学贡献。

自参考干涉波前传感器（SRIWFS）直接复原每一子孔径光束的波前相位，理论上不受光强闪烁的影响；并且可以实现高空间分辨率波前探测；当采用有效的波前复原方法后还能够探测不规则入瞳形状光束的波前相位。. 本项目从点衍射与径向剪切理论分析，共光路与条纹对比度可调的光学结构设计，移相方式、移相算法与误差分析，干涉图信息处理，液晶空间光调制器（LCSLM）相位调制的准确测试与应用等方面进行了研究，以改善SRIWFS对应用场合的适应能力，提高它的应用普适性，为促进SRIWFS的实际应用奠定理论与实验基础。. 通过项目研究，首先完成光强闪烁与不规则入瞳对点衍射参考波前精度的影响分析。其次，提出两种物参共路SRIWFS光学结构，通过移相干涉或傅里叶变换法重建波前，系统具有共路、自参考干涉、结构简单紧凑、条纹对比度连续可调的特点。然后，提出一种改进傅里叶变换算法实现LCSLM相移标定，并且针对LCSLM作为共路移相器以及LCSLM生成像差的精确测试等进行研究。最后，针对移相理论进行研究，目的在于改善波前探测精度，取得的重要结果有：其一，针对圆形域同步移相干涉图，提出一种基于统计分析方法实现同步移相干涉图的位置配准；其二，提出了四帧和五帧误差补偿算法，可以有效克服两种主要误差源（线性相移误差以及二阶探测器非线性误差）的影响。