7.24 Example — Tel 2M Wavefront Fitting

PDF section 7.24. Source script: KrakenOS/Examples/Examp_Tel_2M_Wavefront_Fitting.py.

Traces a pupil-sampled fan through the 2 m telescope and fits the resulting optical-path differences with Zernike polynomials, returning the coefficients that describe the residual wavefront error.

Figure 31a. Wavefront map.

Figure 31b. Zernike-coefficient bar chart.

# !/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
"""Examp Tel 2M Wavefront Fitting"""

import os
import sys
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from importlib import metadata

""" Looking for if KrakenOS is installed, if not, it assumes that
an folder downloaded from github is run"""

required = {'KrakenOS'}
installed = {dist.metadata["Name"] for dist in metadata.distributions() if dist.metadata.get("Name")}
missing = {pkg for pkg in required if pkg not in installed}

if missing:
    print("Not installed")
    import sys
    sys.path.append("../..")


import KrakenOS as Kos

# ______________________________________#

currentDirectory = os.getcwd()
sys.path.insert(1, currentDirectory + '/library')

# ______________________________________#

P_Obj = Kos.surf()
P_Obj.Rc = 0
P_Obj.Thickness = 1000*0 + 3452.2
P_Obj.Glass = "AIR"
P_Obj.Diameter = 1059. * 2.0
P_Obj.Drawing=0

# ______________________________________#

Thickness = 3452.2
M1 = Kos.surf()
M1.Rc = -9638.0
M1.Thickness = -Thickness
M1.k = -1.07731
M1.Glass = "MIRROR"
M1.Diameter = 1.059E+003 * 2.0
M1.InDiameter = 250 * 2.0
M1.TiltY = 0.0
M1.TiltX = 0.0
M1.AxisMove = 0
# ______________________________________#

M2 = Kos.surf()
M2.Rc = -3930.0
M2.Thickness = Thickness + 1037.525880
M2.k = -4.3281
M2.Glass = "MIRROR"
M2.Diameter = 336.5 * 2.0
M2.TiltY = 0.0
M2.TiltX = 0.0
M2.DespY = 0.0
""" Se inclina el secundario """
M2.DespX = 0.0
M2.AxisMove = 0

# ______________________________________#

P_Ima = Kos.surf()
P_Ima.Diameter = 300.0
P_Ima.Glass = "AIR"
P_Ima.Name = "Plano imagen"

# ______________________________________#

A = [P_Obj, M1, M2, P_Ima]
configuracion_1 = Kos.Setup()
Telescopio = Kos.system(A, configuracion_1)

# ______________________________________#
"""Vamos a definir los parámetros de la pupila del sistema,
definiremos esta pupila en la superficie 1, esta corresponde al
espejo primario"""
Surf = 1

"""Definimos la longitud de onda en micras"""
W = 0.50169

"""Indicamos que la apertura del sistema definirá la pupila"""
AperType = "EPD"

""" Definimos el Diametro de la apertura del sistema"""
AperVal = 2000.
Pupil = Kos.PupilCalc(Telescopio, Surf, W, AperType, AperVal)




print("Radio pupila de entrada: ")
print(Pupil.RadPupInp)
print("Posición pupila de entrada: ")
print(Pupil.PosPupInp)
print("Rádio pupila de salida: ")
print(Pupil.RadPupOut)
print("Posicion pupila de salida: ")
print(Pupil.PosPupOut)
print("Posicion pupila de salida respecto al plano focal: ")
print(Pupil.PosPupOutFoc)
print("Orientación pupila de salida")
print(Pupil.DirPupSal)

print("Airy disk radius focal distance (micrometers)")
print(Pupil.FocusAiryRadius)


print("Distancia focal")
print(Pupil.EFFL)







""" Para los calculos internos de la fase del frente de onda indicamos que
la pupila tendrá un arreglo exapolar con 10 anillos"""

Pupil.Samp = 11
Pupil.Ptype = "hexapolar"
"""Indicamos que los campos son tel tipo angulo, como en el caso de los telescopios
con luz desde el infinito, para diseños con objeto certano este parametro es la altura
 del objeto"""

Pupil.FieldType = "angle"
""" Definimos que el campo es 0 en x y cero en y, es decir, está en el eje óptico"""


Pupil.FieldX = 0.0
Pupil.FieldY = 0.0


""" Ahora calculamos la fase del frente de onda en la pupila, las coordenadas X, Y
son las coordendas en la pupila, el valor de Z es la fase en cada punto X, Y y P2V
es el valor pico a valle."""

X, Y, Z, P2V = Kos.Phase2(Pupil)
print("Peak to valley: ", P2V)


"""Indicamos el grado de expanción para los polinomios de Zernike"""
NC = 15

"""Generamos un arreglo numpy conlas mismas dimensiones de la expanción definida"""
A = np.ones(NC)

"""Calculamos los polinomios de Zernike con la fase calculada y el numero de
 elementos deseados en la expanción, Zcoef son los coeficientes en longitudes de
 onda, Mat es la expreción matematica de Zeidel para dicho coeficiente,
 esto con fines ilustrativos, w_rms es el error del ajuste"""

Zcoef, Mat, RMS2Chief, RMS2Centroid, FITTINGERROR = Kos.Zernike_Fitting(X, Y, Z, A)

""""Se despliegan los resultados"""
for i in range(0, NC):
    print("z", i + 1, "  ", "{0:.8f}".format(float(Zcoef[i])), ":", Mat[i])


# ______________________________________#
print("(RMS) Fitting error: ", FITTINGERROR)
print(RMS2Chief, "RMS(to chief) From fitted coefficents")
print(RMS2Centroid, "RMS(to centroid) From fitted coefficents")



COEF = Zcoef
Focal = Pupil.EFFL
Diameter = 2.0 * Pupil.RadPupInp
Wave = W
I= Kos.psf(COEF, Focal, Diameter, Wave,pixels=265, plot=1, sqr = 1)



# """Se genera un contenedor de rayos"""

# RR = Kos.raykeeper(Telescopio)

# """ Se generan rayos que pasan por la pupila con la configuración realizada antes"""
# x, y, z, L, M, N = Pupil.Pattern2Field()

# # ______________________________________#

# """ Se trazan esos rayos y se almacenan"""

# for i in range(0, len(x)):
#     pSource_0 = [x[i], y[i], z[i]]
#     dCos = [L[i], M[i], N[i]]
#     Telescopio.Trace(pSource_0, dCos, W)
#     RR.push()

# # ______________________________________#

# """ Se grafica el telescopio con los rayos almacenados"""

# Kos.display3d(Telescopio, RR, 1 )
# X, Y, Z, L, M, N = RR.pick(-1)

# # ______________________________________#

# """ Se grafica el diagrama de manchas """
# plt.figure(2)
# plt.plot(X, Y, 'x')
# plt.xlabel('X')
# plt.ylabel('Y')
# plt.title('spot Diagram')
# plt.axis('square')

# K = .100
# Lx = np.mean(X)
# Ly = np.mean(Y)
# left = (-K) + Lx
# right = (K) + Lx
# up = (K) + Ly
# down = (-K) + Ly

# plt.xlim([left, right])
# plt.ylim([up, down])


# plt.show()





# X = X - np.mean(X)
# Y = Y - np.mean(Y)

# R=np.sqrt(X**2 + Y**2)
# RMS = np.sqrt(np.mean(R**2))
# print("RMS Radius(mm): ", RMS)

# """ Se prepara una imagen con los coeficientes de 400x400"""
# # Zcoef[0]=0.
# # Zcoef[1]=0.
# # Zcoef[2]=0.
# ima = Kos.WavefrontData2Image(Zcoef, 400)

# print("Peak 2 valley. ", np.max(ima)-np.min(ima))



# """ Se grafica el interferograma """
# Type = "interferogram"

# # ima = np.flipud(ima)
# Kos.ZernikeDataImage2Plot(ima, Type)


# # """ Se calculan las sumas de Seidel """
# # AB = Kos.Seidel(Pupil)

# # print("--------------------------------------")
# # print(AB.SCW_AN)
# # print(AB.SCW_NM)
# # print(AB.SCW_TOTAL)