沙克哈特曼波前傳感器關鍵技術研究.pdf

1、沙克哈特曼波前傳感器可以用于激光光束質量診斷，激光整形，光學元件和光學系統(tǒng)檢查，大氣擾動測量，實時控制，以及高功率激光器系統(tǒng)等各個領域。由于它易操作，便于實時探測，而且可以直觀地顯示波前畸變分布，因而受到學者的廣泛關注。科學家哈特曼于1900年首次提出了Shack—Hartmann波前探測技術，后來科學家沙克對其進行了改進，將原來的哈特曼光闌換成微透鏡陣列，從而大大提高了探測精度和光能利用率。然而，由于受到背景暗電平，高斯白噪聲等因素的

2、干擾，傳統(tǒng)的質心算法誤差較大，無法得到精確的結果，從而影響到相位圖像。另外，由于工藝制作上的約束，其微透鏡尺寸大小一直是限制其分辨率的一個瓶頸。它的探測精度以及分辨率的高低，對于整個光學系統(tǒng)的工作性能，將產生非常重要的影響。
　　本文主要嘗試對沙克哈特曼波前傳感器光學系統(tǒng)所面臨的一些技術問題進行研究，并探討了沙克哈特曼波前傳感器在細胞探測上的應用。論文的主要內容及貢獻如下:
　　一、初步建立了沙克哈特曼光波傳感器的模擬系統(tǒng)，

3、并采用數值模擬方法，分別使用平面波和高斯光束對其進行模擬照射，還計算了不同斜率的高斯光束照射下，通過標準的傳統(tǒng)一階矩質心算法實際測得的斜率，從而驗證了本模擬系統(tǒng)的可靠性。接著，在傳統(tǒng)一階矩算法的基礎上，使用高階矩算法、加閾值的一階矩算法等不同的質心探測方法進行了改進，比較了它們在各種條件下的測量誤差與探測精度;同時，還發(fā)現各種質心算法的測量精度與畸變程度、以及圖像信噪比等實驗參數有關。
　　二、搭建了沙克哈特曼傳感器的硬件平臺，利

4、用空間光調制器產生了各種渦旋光場，并在遠場探測到了其強度信息。我們還分析了傳統(tǒng)探測算法存在的問題，分別提出了相關匹配算法和混合重心法。我們詳細介紹了這兩種方法的原理，并將空間光調制器上光渦的位置分別在水平方向和垂直方向平移，分別用這兩種方法探測光渦的精確位置。我們對這兩種方法進行了比較，從而能在很短的運行時間內，將沙克哈特曼傳感器的分辨率從原來的微透鏡尺寸級別提高到像素級別。
　　三、將沙克哈特曼波前傳感器應用于細胞探測上，用它搭