ICCD波前传感器信号传递特性及探测误差.pdfVIP

　第 13 卷　第 4 期 强 激 光 与 粒 子 束 . 13, . 4　 V o l N o 　2001 年 7 月 . , 2001　 H IGH POW ER LA SER AND PA R T ICL E BEAM S Ju l 文章编号:(2001) ICCD 波前传感器的信号传递特性及其探测误差① 沈　锋, 　姜文汉 ( 中国科学院 光电技术研究所, 四川 成都 621900) 　　摘　要: 　夏克哈特曼( ) 波前传感器由于其光能利用率高、结构简单等 Shack H artm ann 优点, 是目前自适应光学系统波前传感器的主要形式。分析了像增强型CCD ( ICCD ) 波前探测 器的光斑信号采样值的统计特性并提出了质心探测误差的数学模型, 实验分析了 2166 型像 C 增强器 ICCD 波前传感器的探测精度, 并给出实验分析结果。结果表明, 理论分析与实验数据 非常一致。 　　关键词: 　 自适应光学; 像增强器; 波前传感器; 探测精度 　　中图分类号: O 562. 5　　　　文献标识码:A 　　 波前传感器( ) 由于其光能利用率高、结构简单等优点, 在目前的自适应 Shack H artm ann S H W FS 光学系统和大气湍流参数测量以及激光光束质量诊断、光学元件检测方面得到广泛的应用[ 1, 2 ]。天文应 3 用的自适应光学系统中的波前传感器通常在极弱光条件下工作, 每次采样得到的弱光信号一般在 10 光子的数量级或更低。一般的高帧频面阵光电探测器件, 由于其很大的读出噪声电子, 而不能被应用。为 此常采用像增强器将弱光图像进行增强, 以抑制高帧频CCD 的读出噪声, 这就是 ICCD 探测技术。在自 适应光学系统中, 目前较多地采用ICCD 作为波前探测器。由于像增强器的特殊性, 对 ICCD 波前探测 器的质心探测精度的方法理论将不同于CCD 波前探测器。文献[3 ]对CCD 型的波前传感器的主要误差 来源、影响规律等进行了理论分析, 认为光子噪声和读出噪声是主要的误差来源, 但是它没有考虑波前 传感器的实际工作状态。波前传感器在实际工作时, 都要对探测器的背景噪声采取阈值的方法将它去 除。文献[4～ 6 ]对此进行了详细的研究, 提出了最佳阈值的选择方法, 并分析了采取阈值方法以后波前 传感器的质心探测误差, 但没有引入对像增强器的分析。而文献[7 ]虽然引入了像增强器, 但没有将它作 为一个随机变化的环节来分析波前传感器的探测性能。由于像增强器本身的增益起伏特性, 它必定给 ICCD 型的波前传感器的质心探测带来另外的误差源。本文在对像增强器特性进行分析的基础上, 分析 了 型的 的探测精度, 给出了数学模型, 并对此进行了实验分析。 ICCD S H W FS 1　信号光斑的 ICCD 倍增特性 　　像增强器在 ICCD