低斯特列尔比下基于非调制金字塔波前传感器的快速非线性相位估计
天体物理仪器与方法
2017-08-31 v1
摘要
大多数使用金字塔波前传感器（PyWFS）来估计光瞳场相位的自适应光学（AO）系统，采用光束的机械调制以增大低阶模式的动态范围，从而使PyWFS能在低斯特列尔比下有效工作。这种方法的代价是灵敏度降低，进而使得闭环后难以达到高斯特列尔比。我们提出一种无需调制即可增大PyWFS动态范围的算法。该算法通过两种方式实现这一点：1) 允许使用任意所需的光学建模算法来处理PyWFS；2) 采用牛顿法进行非线性优化，以构建比相应线性估计器更精确的估计器。数值模拟表明，对于输入光束斯特列尔比大于约0.2的情况，非线性优化能比相应的线性估计器更准确地估计波前相位。随着输入斯特列尔比增大，非线性估计器相对于线性估计器的优势也增大。例如，当输入光束的斯特列尔比为0.4（对应相位标准差约为0.96弧度）时，线性估计器误差的标准差约为0.65弧度，而非线性估计器误差的标准差约为0.27弧度（在假设有足够信号使PyWFS工作于线性区域的前提下，这与噪声水平仅有弱依赖关系）。由于所需计算几乎无相互依赖，新算法可以大规模并行模式实现。这表明在现代计算机系统上，所需计算可足够快速地完成以满足AO的需求。
引用
@article{arxiv.1708.09044,
title = {Fast, Nonlinear Phase Estimation with the Non-Modulated Pyramid Wavefront Sensor at Low Strehl Ratio},
author = {Richard Frazin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1708.09044},
year = {2017}
}
备注
9 pages, 4 figures