光子计数动态剪切干涉仪的实时波前处理机

　　引言

　　光学系统由于加工因素和大气湍流的原因，存在着较大的静态和动态误差。自适应光学技术提供了实时校正波前提高光学系统性能的手段，它把实时检测到的波面误差，通过变形镜来补偿，使系统始终工作在最佳状态。21单元自适应光学星体成象补偿系统是对天文目标进行校正〔，〕，实时克服大气扰动，以达到清晰的成象。由于大气湍流引起的波前扰动的空间和时间特性，波前探测分成若干子孔径在很短的采样时间内完成。对于星体这样的弱目标，所能利用的光路非常有限。为使系统更有效地工作，必须实现用光子计数方式进行波前探测，使系统噪声达到受限于散粒噪声的物理极限.系统组成如图1。

　　采用动态剪切干涉仪作为波前探测，剪切干涉仪的波前调制信号由光电倍增管PMT阵列探测，在X，Y方向的剪切干涉仪各有16个PMT进行信号探测，由于光能微弱，PMT以光子计数方式工作，32个PMT光电倍增管及脉冲形成电路实现对波前相位的探测，并将输出信号转变成光子脉冲。而波前处理机的关键在于如何准确得到并累计光子脉冲，从而快速计算出波前相位并重构出波面误差，来驱动变形镜，达到对目标的实时校正。

　　1波前处理机的任务

　　1.1波前相位的获得

　　由信号光探测器PMT输出的光强信号为:

　　1.2波前重构的计算

　　1.4控制电压的并行输出

　　1.5波面信息的实时监测

　　2波前处理机的设计

　　波前处理机主要由四部分组成，多路光子并行计数器，波前处理器，多路D/A并行输出及主控计算机，如图2所示。

　　其各部分主要功能是:

　　·光子计数器可并行接收32路光子脉冲;将剪切干涉仪的基准光信号分成四个象限;每路光子脉冲分别在四个象限内进行积分计数，得到N一NC及NB一ND。

　　·波前处理器是波前处理机的运算中心，通过光子计数器获得光子脉冲，计算波前相位，重构出波面误差。

　　·并行D/A输出将波面误差转换为电压信号，经过高压放大器后对变形镜进行控制。

　　·PC主控机用于将控制程序及控制参数传输给波前处理器;能控制并监示处理机的工作状态;对波前相位及波面误差进行实时监测。

　　要实时校正大气扰动，要求系统控制带宽在100Hz左右，根据控制原理，系统延时应小于lms。而影响带宽的主要因素是由于计算波前相位及波前重构所带来的延迟。为此采用了主频4OMHz，指令周期IOOns的TMS32oC25高速数字信号处理器，该DSP的主要特点是内部多总线结构使处理具有高度并行性，流水线操作，程序和数据空间独立管理，32位ALU及16位指令和数据字.支持块传送。为程序设计及加快运算速度提供了方便。