2. Порівняльна характеристика сенсорів хвильового фронту

Приступаючи до розробки сенсорів для адаптивної оптичної системи, необхідно прийняти до уваги спеціальні вимоги:

- високий просторовий дозвіл (багатоканальність) сенсора;

- вирішальне значення швидкодії сенсора;

- узгодження великого динамічного діапазону сенсора з проблемою фазової неоднозначності при збуреннях понад 2 рад;

- чутливість чи ефективність, з якою використовується світловий потік;

- ширина спектра робочого випромінювання;

- складність сенсора, до якої відносять надійність, потенційну вартість, ступінь технічного напрацювання і т.п.

Попередня оцінка відповідних вимог

Для розрахунку числа каналів сенсора:

де /s – відносна помилка апроксимації хвильового фронту; D/ls - відношення діаметра апертури до масштабу неоднорідностей.

У загальному випадку для інтерферометрів і сенсорів гартманівського типу число прийомних каналів сенсорів необов'язково збігається з числом каналів виконавчого елемента керування хвильовим фронтом: .

Для колмогорівської моделі турбулентності це число може бути виражене через радіус когерентності атмосфери:

.

Швидкодію можна оцінити виходячи з частоти зрізу замкненої системи:

,де s – характерний час тривалості неоднорідності.

Характерний час спрацьовування системи t/c. Звідси, знаючи часові параметри приводу адаптивного дзеркала, для даного сенсора можна визначити необхідну постійну часу.

Що стосується фазової неоднозначності, то тут більшість систем діє за принципом занулення фазової помилки.

Найменшою чутливістю до варіацій інтенсивності в перетині пучка володіють сенсори, що використовують частотну модуляцію, - рухомі інтерферометри, гетеродинні сенсори. Сенсори гартманівського типу і фазові детектори мають помірну чутливість до цих варіацій.

Помилка сенсора хвильового фронту залежить від чутливості детекторів, що використовуються для прийому і перетворення випромінювання. Для прямого детектування помилка виміру хвильового фронту:

де S/N – відношення сигнал-шум.

Рівняння справедливе для сенсорів гартманівського типу. Для інтерферометрів помилка приблизно в разів більше.

Наведемо формули оцінки відношення сигнал-шум для характерних систем з вихідною хвилею. Нехай на цілі змонтовано кутковий відбивач діаметром d. Система фазового сполучення з сенсором Гартмана працює з таким відношенням сигнал-шум:

де D*, А – розпізнавальна здатність і площа детектора відповідно; c - характерна смуга пропускання частот системи; /D - відношення діаметра парціального пучка до загального діаметра пучка; d/0 - відношення площі куткового відбивача до площі світлової плями;  - коефіцієнт поглинання траси при проході назад; Р0 - потужність джерела світла.

Для гетеродинного сенсора із шириною смуги сигналу ν

де  – квантова ефективність приймача; h,с – відповідно стала Планка і швидкість світла.

Система апертурного зондування з N каналами і відстанню між канальними частотами 0 має відношення сигнал-шум для одного каналу на початковому етапі адаптації:

де m - відносна глибина модуляції; d0 - діаметр світлової плями; L - довжина траси.

На кінцевому етапі адаптації:

(тут розміри приймальної і передавальної апертур однакові).