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Deep optics preconditioner for modulation-free pyramid wavefront sensing

Photonics Research 2024年第2期12卷 301-312页

作者： FELIPE GUZMÁN jorge TAPIA CAMILO WEINBERGER NICOLÁS HERNÁNDEZ jorge bacca BENOIT NEICHEL ESTEBAN VERA School of Electrical Engineering Pontificia Universidad Católica de Valparaı´soValparaı´soChile Department of Systems Engineering Universidad Industrial de SantanderBucaramangaColombia Laboratoire d’Astrophysique de Marseille MarseilleFrance

The pyramid wavefront sensor(PWFS)can provide the sensitivity needed for demanding adaptive optics applications,such as imaging exoplanets using the future extremely large telescopes of over 30 m of diameter(D).However,its exquisite sensitivity has a limited linear range of operation,or dynamic range,although it can be extended through the use of beam modulation—despite sacrificing sensitivity and requiring additional optical *** by artificial intelligence techniques,this work proposes to train an optical layer—comprising a passive diffractive element placed at a conjugated Fourier plane of the pyramid prism—to boost the linear response of the pyramid sensor without the need for cumbersome *** develop an end-2-end simulation to train the diffractive element,which acts as an optical preconditioner to the traditional least-square modal phase estimation *** results with a large range of turbulence conditions show a noticeable improvement in the aberration estimation performance equivalent to over 3λ∕D of modulation when using the optically preconditioned deep PWFS(DPWFS).Experimental results validate the advantages of using the designed optical layer,where the DPWFS can pair the performance of a traditional PWFS with 2λ∕D of *** and adding an optical preconditioner to the PWFS is just the tip of the iceberg,since the proposed deep optics methodology can be used for the design of a completely new generation of wavefront sensors that can better fit the demands of sophisticated adaptive optics applications such as ground-to-space and underwater optical communications and imaging through scattering media.

关键词： process optics pyramid

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