中科院光电所在多波前校正器解耦控制研究方面取得新进展

中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室在多波前校正器解耦控制技术研究及应用方面取得新进展：提出了一种基于整体控制信号重置的多波前校正器解耦控制算法（Chinese Optics Letters, 14,02,2016）。自适应光学重点实验室自2006年胡诗杰与许冰率先提出双变形镜解耦控制算法（Applied Optics,45,12,2006）以来，历经李新阳、叶红卫、雷翔（Optics Express, 18,16,2012）、刘文劲（Optics Express, 21,20,2013）的不断钻研，发展出了一系列模式解耦及区域解耦算法，并在杨平及王帅负责的某光束净化等多个科研项目中得到成功应用，取得长时间近衍射极限的光束净化效果。

自适应光学作为现代光学的重要组成部分，以其能够实现对动态像差的实时补偿、使光学系统稳定工作在近衍射极限状态下的优良特性而被广泛应用在光束净化、激光加工等多个领域。随着自适应光学应用领域的不断拓展，待补偿像差的幅度不断增大、空间时间频率不断提高，自适应光学系统的核心器件波前校正器需要同时具备响应速度快、行程量大、空间分辨率高等要求特点。但在现有工艺条件下，难以制备出同时满足这些特性的单一波前校正器。因此，采用多个不同类型的波前校正器协同工作，实现优势互补，是应对这一挑战的有效途径，并受到了国内外科研工作者的广泛关注。而设计性能优良的解耦控制算法，是保证系统中不同波前校正器能够高效协同工作的核心，其中，区域解耦算法以其对像差先验信息要求低等优点被广泛应用于国外多套多波前校正器自适应光学系统。

光电所自适应光学重点实验室针对现有区域解耦算法在耦合误差抑制方面存在的问题，提出了一种基于整体控制信号重置的区域解耦算法。利用不同波前校正器影响函数求解出抑制高阶变形镜控制信号产生低阶像差分量的重置矩阵，对加载至高阶变形镜的控制信号进行整体重置，消除耦合分量，同时亦可保证系统对像差的校正精度。仿真表明，该方法与现有的区域解耦算法相比，在耦合误差抑制与像差校正上都能取得更好的效果，同时，算法的有效性也得到了原理性实验系统的验证。相关的研究成果为解耦控制算法的进一步优化提供了重要的思路，并为后续算法的开发及工程应用奠定了良好的基础。

该工作得到了西部之光青年学者项目与国家“863”计划项目的支持。

图1 使用本文所用算法、两步法以及拉格朗日算子最小二乘法进行像差校正的（a）校正残差RMS曲线；（b）耦合误差曲线 

图2 使用本文所用算法进行像差校正（a）初始像差；（b）校正后的残差 

图3 使用后续解耦控制算法在光束净化工程应用中得到的校正后远场光斑图像