中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

基于光强分布的波前恢复技术主要是利用离焦面的光强分布，通过相应的恢复算法获取波前信息。由于该技术具有结构简单，抗振动，测量精度高等优点，因此在主动光学及自适应光学的波前检测中有着良好的应用前景。

本论文围绕两种不同的基于光强分布的波前传感方法：曲率传感器、基于单幅离焦图像的波前恢复方法，充分考虑天文望远镜的特点及要求，对波前检测的问题进行了理论分析和模拟研究。本论文的研究工作主要包括以下几个部分：

1、从三种不同的理论角度分析了曲率传感器的基本原理，并介绍了几种常见的曲率传感器的波前恢复算法。利用蒙特卡洛光线追迹法及菲涅尔衍射法计算离焦图像，然后利用应用最广泛的FFT迭代算法进行波前恢复。通过采用引入缩放因子的方法，解决了菲涅尔衍射计算的离焦图像分辨率不足的情况。针对FFT迭代算法中关键的边界处理问题，提出了一种适用于天文望远镜中圆形及环形孔径的边界处理办法，并对FFT迭代算法的线性特性进行了研究。

2、在近轴系统中，通过加入光强补偿算法的外循环能够提高FFT迭代算法对大像差的恢复精度，本文通过模拟验证了恢复结果的线性特性有了较大的提高。在快焦比系统中，球面参考波前会导致参考坐标的畸变，从而影响恢复结果。本文提出修正光强补偿算法，通过补偿参考坐标的畸变，快焦比系统的波前恢复精度有了较大的提高。在利用轴外视场进行波前恢复时，CCD与主光线的夹角也会导致参考坐标的畸变。通过轴外视场的修正光强补偿算法，利用轴外视场进行波前恢复的精度也能达到要求。
 

3、由于单幅离焦图像包含波前畸变的所有信息，而且利用单幅离焦图像恢复波前相比于利用多幅离焦图像恢复波前，具有系统简单，信噪比高等优点，因此本文提出基于单幅离焦图像的波前恢复算法。该算法适应性强，收敛速度快，抗噪声能力强。通过对哈勃望远镜、Paul-Baker望远镜、KDUST（具有SYZ中继镜的折轴系统）等几种典型望远镜系统的模拟，验证了该算法的有效性。同时对影响该算法精度的噪声及离焦量等进行了数值分析。

4、在相干光源的情况下，离焦图像对各阶zernike多项式系数的偏导数具有解析表达式。本文对解析表达式进行了推导，并将其与差分近似表达式相比较。利用这两种方法，得到的基于单幅离焦图像的波前恢复结果基本相似。通过对宽带光源情况的模拟分析，验证了差分近似也适用于非相干光源的波前恢复。