梁静远,林水清,韩美苗,宋 鹏,赵 黎,柯熙政†

(1.西安理工大学 自动化与信息工程学院,西安 710048;2.西安工程大学 电信学院,西安 710600;3.西安工业大学 电子信息工程学院,西安 710021)

自适应光学[1]可抑制激光信号在大气湍流传输中受到的扰动[2],校正光束受干扰所引起的波前畸变。常见的自适应光学控制算法主要有模式法[3]、基于几何光学原理的算法及无模型优化算法等,本文主要介绍模式法中的Zernike模式法及变形镜本征模式法,同时简要介绍其他模式法(Lukosz模式法及Legendre模式法)。模式法可有效抑制波前相位畸变,提高自适应光学系统校正速度和精度,进而改善通信质量。因此,寻找一种可改进、优化模式法的方法,对提高自适应光学系统性能具有很大的潜力。

1 国内外研究进展

1953年,Babcock[4]首次提出了自适应光学概念,同时提出了利用表面形状可变的光学元件产生相应共轭波前补偿动态波前偏差的思想,为自适应光学的发展奠定了基础。1976年,Noll[5]给出了湍流Kolmogorov谱的Zernike表示,定义了光学上最常用的Zernike表达形式。1977年,Fried[6]在无线光通信系统中应用了自适应光学,由此自适应光学可实现对波前进行实时修正[7]。1979 年,姜文汉等[8]率先开辟了国内自适应光学研究方向,开发了具有国际先进水平的自适应光学系统。这些研究为模式法应用于自适应光学系统奠定了基础。

1.1 Zernike模式法

1990年,Roddier[9]提出了一种使用随机加权函数的Zernike展开,模拟大气畸变波前的算法,同时对该算法进行介绍和分析,实验结果证明了Zernike多项式可很好地模拟畸变的波前。……