先进光学波前传感技术及其应用

波前传感技术作为一门现代光学度量手段，主要根据不同的探测原理设计相应的光学系统，利用光电探测器件对相应接收面上的光强信息进行采样，进而复原光束的波前分布。《先进光学波前传感技术及其应用》较为系统地讲述了优选光学波前传感技术的近期新进展和应用实例。针对不同的技术特点，系统地介绍了传统技术发展历程、优选技术工作原理、主要性能指标和关键技术，并阐述了优选光学波前传感技术在镜面型检测、系统像差检测、温度场测量、光学系统标定、双星测量等领域的应用实例。

第1章 概述 1
1.1 优选光学波前传感技术的应用需求 1
1.2 优选光学波前传感技术的基本概念 4
1.2.1 波前畸变概述及其表征方式 4
1.2.2 光学波前传感技术的关键性能指标 7
1.3 常见光学波前传感技术的分类与比较 8
1.4 常见光学波前传感技术的基本工作原理 9
参考文献 13
第2章 波前整体倾斜传感技术 15
2.1 波前整体倾斜传感概述 15
2.2 波前整体倾斜传感技术工作原理 17
2.2.1 图像质心法的工作原理 17
2.2.2 图像质心法的误差分析 18
2.3 波前整体倾斜传感技术主要性能指标分析与关键技术 20
2.3.1 信噪比对整体倾斜的影响分析 20
2.3.2 动态范围与探测精度分析 21
2.3.3 整体倾斜质心算法的优化方法 22
2.4 图像质心法-波前整体倾斜传感技术应用实例 24
2.4.1 实验系统介绍 24
2.4.2 系统标校 26
2.4.3 高阶畸变对倾斜传感的影响 27
2.4.4 闭环校正实验 30
参考文献 32
第3章 夏克-哈特曼光学波前传感技术 35
3.1 夏克-哈特曼光学波前传感技术概述 35
3.2 夏克-哈特曼光学波前传感技术工作原理 36
3.2.1 夏克-哈特曼波前探测原理 37
3.2.2 夏克-哈特曼波前复原原理 37
3.2.3 夏克-哈特曼波前复原误差分析 41
3.3 夏克-哈特曼光学波前传感的主要性能指标 42
3.3.1 动态范围 42
3.3.2 灵敏度 42
3.3.3 探测精度 43
3.3.4 探测速度 43
3.3.5 探测能力 44
3.4 夏克-哈特曼传感技术应用实例 45
3.4.1 光学检测中的应用 45
3.4.2 自适应光学中的应用 50
3.4.3 主动光学中的应用 52
参考文献 54
第4章 棱锥光学波前传感技术 56
4.1 棱锥光学波前传感技术概述 56
4.2 棱锥光学波前传感技术工作原理 57
4.2.1 传统棱锥光学波前传感技术工作原理 57
4.2.2 串行棱锥光学波前传感技术工作原理 60
4.3 串行棱锥光学波前传感方法性能分析与关键技术 64
4.3.1 串行棱锥数学模型性能分析 64
4.3.2 串行棱锥波前复原技术 67
4.4 串行棱锥光学波前传感技术应用实例 70
4.4.1 串行三棱锥对波前整体倾斜的校正 72
4.4.2 串行棱锥对波前高阶像差的校正 74
参考文献 77
第5章 多波前横向剪切干涉技术 79
5.1 剪切干涉技术概述 79
5.1.1 横向剪切干涉技术 79
5.1.2 多波前剪切干涉技术 81
5.2 多波前横向剪切干涉技术工作原理 83
5.2.1 基于夏克-哈特曼的二维衍射光栅模型 83
5.2.2 三波前横向剪切干涉技术数学模型 93
5.2.3 四波前横向剪切干涉技术数学模型 98
5.3 四波前横向剪切干涉关键技术 101
5.3.1 干涉图相位提取技术 101
5.3.2 波前复原技术 106
5.4 四波前横向剪切干涉技术应用实例 110
5.4.1 四波前横向剪切干涉技术对波前畸变的探测 110
5.4.2 四波前横向剪切干涉温度场测量实验 113
参考文献 117
第6章 曲率光学波前传感技术 121
6.1 曲率光学波前传感概述 121
6.2 曲率光学波前传感工作原理 124
6.2.1 电磁波强度传输方程与曲率传感 124
6.2.2 曲率传感波前相位求解方法 125
6.2.3 曲率传感离焦量确定准则 125
6.3 曲率光学波前传感主要性能指标分析 126
6.3.1 曲率光学波前传感探测器参数分析 126
6.3.2 曲率传感探星概率分析 129
6.3.3 空间频率探测能力分析 130
6.4 曲率光学波前传感技术应用实例 133
参考文献 136
第7章 全息光学波前传感技术 139
7.1 全息光学波前传感技术概述 139
7.2 全息光学波前传感技术工作原理 140
7.2.1 传统全息光学波前传感技术工作原理 142
7.2.2 动态全息光学波前传感技术工作原理 145
7.3 全息光学波前传感技术主要性能分析与关键技术 150
7.3.1 全息技术色散效应的性能分析 150
7.3.2 动态全息系统标定和波前复原技术 151
7.4 全息光学波前传感技术应用实例 155
7.4.1 基于液晶空间光调制器的全息自适应光学系统 155
7.4.2 基于全息元件的全息自适应光学系统 160
7.4.3 基于动态全息光学波前传感技术的自适应光学系统 161
参考文献 164
第8章 相位恢复与相位差异光学波前传感技术 167
8.1 相位恢复光学波前传感技术概述 167
8.2 相位恢复光学波前传感技术基本原理 169
8.2.1 相位恢复工作原理 169
8.2.2 相位恢复常用算法 171
8.3 相位恢复光学波前传感技术主要性能指标分析 176
8.3.1 相位恢复测量灵敏度分析 176
8.3.2 相位恢复检测范围 176
8.4 相位恢复光学波前传感技术应用实例 181
8.4.1 相位恢复与干涉仪对比测量实验 181
8.4.2 相位恢复对球面镜面形的检测 186
8.5 相位差异光学波前传感技术概述 189
8.6 相位差异光学波前传感技术工作原理 190
8.6.1 线性光学系统成像模型和图像恢复原理 190
8.6.2 结合衍射光学成像模型的图像恢复原理 190
8.6.3 相位差异光学波前传感的系统组成和原理 191
8.7 相位差异光学波前传感技术主要性能指标分析及关键技术 192
8.7.1 相位差异光学波前传感的目标函数确立和求解 192
8.7.2 相位差异光学波前传感精度的影响因素 194
8.8 相位差异光学波前传感技术应用实例 194
8.8.1 地基望远镜的非共光路标定 194
8.8.2 相位差异光学波前传感技术用于双星探测 204
参考文献 206