实验名称：自适应光学系统闭环实验

　　测试设备：高压放大器、波前控制器、波前传感器、变形镜、计算机等。

　　实验过程：

　　图1：自适应光学系统实物图

　　用于测试归一化互相关斜率算法有效性的实验在如图1所示的自适应光学系统平台上进行，图中展示了适应光学系统中除高压放大器和计算机外的所有器件。

　　图2：自适应系统光路示意图

　　该自适应光学系统的光路结构如图2所示。中心波长λ为650nm的激光束通过直径为70μm的尾纤输出后，经过一口径为55mm、焦距为300nm的双胶合透镜L1准直为平行光。该平行光通过口径为20mm的变形镜小角度反射后进入L2、L3组成的缩束系统。缩束后的光通过分光镜P，一部分进入传感器进行像差探测，另一部分通过焦距为300mm的透镜L4，在CCD上进行成像以观测P处波前的远场。这两者将采集的图像传输到计算机中，进行图像显示及实时数据处理。

　　计算机接收到波前传感器采集到的图像后，利用优化后的归一化互相关斜率程序进行斜率提取，产生斜率向量。斜率向量通过波前复原和控制运算，得到控制信号。控制信号经过D/A转换从计算机输出到高压放大器中进行电压放大，进而控制变形镜进行波前校正，校正后的图像由传感器和CCD成像系统反馈给计算机，实现系统闭环。

　　实验结果：

　　图3：校正前的光斑图像

　　图4：校正后的光斑图像

　　图5：（a）闭环前的波面图;（b）闭环后的波面图（图中数据皆以波长λ为单位）

　　图3是进行系统闭环校正之前CCD探测到的远场光斑，其中图（a）是光斑图像的二维图，图中的横纵坐标表示像素在图像中的位置；图（b）为光斑光强分布的三维图，横纵坐标表示像素在图像中的位置，竖直方向的坐标表示像素点的亮度值。从图3中可以看出，由于相差影响，校正前光斑形状弥散，中心能量不集中。图4是经过系统校正后的激光光斑图像，其中图（a）为靶面采集到的光斑图像，图（b）是相应的三维光强分布图，图中坐标意义与图3相同。从图4中可以看出，校正后的光斑图像中可清晰分辨出中心光斑和衍射作用产生的同心圆环，而且相比于校正前的光斑，校正后的光斑能量更为集中。

　　图5展示了校正前后的波前相面及具体参数的变化。由图可知，通过系统校正，波前相面的峰谷值PV由原来的1.958λ降为了0.350λ，均方根值RMS从0.496λ减小为0.056λ（λ为上述激光束的中心波长，即650nm），校正后的波前起伏更小，已接近理想平行光。

　　通过图3和图4的对比，以及图5的分析，可以看出，优化后的归一化互相关斜率探测程序确实可以进行有效的波前斜率探测，并且这一探测方式能够很好地在伪光斑干扰的环境下工作，有良好的抗干扰性能。在伪光斑情况下，用质心算法进行计算时，必须通过减阈值将伪光斑减掉才能进行有效的目标探测，但是在减掉伪光斑的同时，真实光斑的信号量也会被减掉，特别是当伪光斑与真实光斑的强度差别不大，甚至超过真实光斑的强度时，减阈值的质心算法将无法正常工作。

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