[文献速递Vol.113]-分段波前传感的活塞和倾斜干涉测量

波前误差的探测是当前大型拼接望远镜要解决的主要问题之一，本文的研究团队提出了一种新颖的干涉技术，专门用于测量周期性分段波前的相对相位差（活塞）和倾斜。

本文的装置只需要一个孔掩码来选择每个子镜的中心部分、一个衍射组件和一个相机。记录的干涉图由许多具有正弦条纹图案的子区域组成。在每个图案中，活塞量从条纹边缘的偏移中提取，倾斜量从边缘条纹频率和方向提取。图案分析简单，可以实现千赫兹频率操作，2Π模糊通过双波长测量来解决。该技术可应用于多孔径拼接共相问题，且可在大气湍流下运行。

波前传感方面新需求的出现需要开发适合的设备。特别是目前用于天文学的大型望远镜大多基于高度拼接的镜子，需要进行初始的共相操作。此阶段中，共相检测设置必须快速，通常在千赫兹范围内，以达到实时校正。此外，还须处理高达100λ的动态范围，同时保证精度为λ∕100。有几种方法允许用活塞重建分段波前。瞳面测量方法：如放入凯克望远镜的相位分段镜、多向剪切干涉的特定模式和外差检测等；其他方法：LOCSET、SPGD算法或相位分集等。

本文介绍一种称为PISTIL（活塞和倾斜）干涉测量法的新技术，它可以测量绝对活塞，以及分割成规则网格的波前倾斜。

1.首先，带有像差的波前通过孔掩码过滤，创建腔隙波前。

2.将该波前引导到定制的六边形衍射光栅上，获得六个同样倾斜的复制区域，以及一个可选的第七个复制区域（零级），带有额外的强度信息。

3.调整掩模引入的空隙，使得一个元素的六个复制区域在观察平面上与六个相邻元素的复制区域干涉。观察平面中的每个干涉图案必须仅源自两个复制区域。为此，孔的直径必须小于两个孔中心之间距离的一半。

4.每个干涉图案的平移、频率和方向分别与活塞和两个正交倾斜有关。基于此，提取活塞和倾斜量。并使用两个连续波长获得的两个同时干涉图来消除2Π模糊。

图4.“巨人之路”装置（特定的多孔径装置）分段表面位于顶部。

图5.使用PISTIL干涉仪在1.55μm处测量“巨人之路”（特定的多孔径装置）的一部分；白色圆圈强调与高度倾斜的元素有关的异常方向或重叠区域周期。

图6.与实验相同参数的模拟；白色圆圈表示与图5相同的重叠区域。

本文提出了一种新颖的干涉测量技术，该技术基于孔掩模和衍射组件的组合，组装后让一个元素的每个复制区域与相邻元素的复制区域重叠，产生干涉。全局的干涉图由具有正弦条纹图案的子区域组成，其平移、频率和方向分别与活塞和两个正交倾斜有关。由于条纹图案的简单性，可以以非常有效的方式提取活塞和倾斜，例如，在光纤激光相干组合的情况下，通过与模拟实现库相关联。并通过使用两个连续波长获得的两个干涉图来消除2Π模糊。

进一步工作包括估计测量误差、消除λ∕2模糊度的算法、优化多个参数等。此外，针对局部平面波前提出的这种技术可能会扩展到更通用的表面，如具有任意曲线波。

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