基于復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器的太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，特別是一種基于復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器的太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)大氣高分辨力成像觀(guān)測(cè)是開(kāi)展太陽(yáng)物理研宄的重要組成部分，太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)已成為地基大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡的標(biāo)配裝置。與夜天文自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)不同，太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)需要利用相關(guān)夏克-哈特曼波前傳感器對(duì)太陽(yáng)表面的低對(duì)比度擴(kuò)展目標(biāo)進(jìn)行波前探測(cè)，如太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)的黑子和寧?kù)o區(qū)的米粒組織等，尤其是米粒組織，覆蓋整個(gè)太陽(yáng)寧?kù)o區(qū)表面。
[0003]太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的波前探測(cè)精度受到大氣湍流和相關(guān)夏克-哈特曼波前傳感器的空間采樣率兩個(gè)方面的影響，波前傳感器的空間采樣率越高，每個(gè)子孔徑對(duì)應(yīng)空間尺度越小，受到子孔徑劃分后對(duì)應(yīng)區(qū)域衍射極限的限制，太陽(yáng)表面米粒結(jié)構(gòu)的對(duì)比度將會(huì)更低，從而降低相關(guān)哈特曼波前傳感器的探測(cè)精度。一般情況下，在使用太陽(yáng)米粒組織作為信標(biāo)進(jìn)行波前探測(cè)時(shí)，夏克-哈特曼波前傳感器的子孔徑對(duì)應(yīng)大氣湍流空間尺度要求大于8厘米(Thomas R.Rimmele and Jose Marino, solar adaptive optics, Living Rev.SolarPhys., 8, (2011)，2)，這就限制了傳統(tǒng)太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的空間校正能力。當(dāng)使用太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)的黑子作為探測(cè)信標(biāo)時(shí)，由于黑子對(duì)比度較高，一般不受上述限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為:針對(duì)太陽(yáng)觀(guān)測(cè)中自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)空間采樣率受限的問(wèn)題，提出一種基于復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器的太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)引入具有兩種不同子孔徑數(shù)的復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器，針對(duì)不同探測(cè)目標(biāo)和大氣湍流強(qiáng)度，提供兩種不同的空間采樣率的波前探測(cè)結(jié)果，用于系統(tǒng)閉環(huán)；當(dāng)大氣湍流較弱時(shí)，使用太陽(yáng)米粒組織作為探測(cè)信標(biāo)，選擇子孔徑較少的微透鏡陣列像進(jìn)行波前探測(cè)，當(dāng)大氣湍流較強(qiáng)時(shí)，使用太陽(yáng)黑子作為探測(cè)信標(biāo)，此時(shí)選擇子孔徑數(shù)較多的微透鏡陣列像進(jìn)行波前探測(cè)。在沒(méi)有增加硬件復(fù)雜度的情況下，提高太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)性能，擴(kuò)展系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為:基于復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器的太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，包括準(zhǔn)直鏡1、第一反射鏡2、傾斜波前校正器3、高階波前校正器4、光學(xué)匹配鏡5、分光鏡6、復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器7、第二反射鏡8、精跟蹤波前傳感器9以及波前控制器10。準(zhǔn)直鏡I將望遠(yuǎn)鏡過(guò)來(lái)的光準(zhǔn)直成合適的口徑，并保證高階波前校正器4位于瞳面的共軛位置；準(zhǔn)直后的光經(jīng)第一反射鏡2反射至傾斜波前校正器3和高階波前校正器4后，由光學(xué)匹配鏡5縮束成符合后端光學(xué)系統(tǒng)要求的口徑；縮束后的光束經(jīng)分光鏡6分為兩束，其中一束直接進(jìn)入復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器7，另一束經(jīng)第二反射鏡8進(jìn)入精跟蹤波前傳感器9。波前控制器10對(duì)精跟蹤波前傳感器9和復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器7獲得的波前信息進(jìn)行處理，并控制傾斜波前校正器3和高階波前校正器4對(duì)大氣湍流引起的波前像差進(jìn)行實(shí)時(shí)校正。
[0006]所述的復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器7包含第一匹配系統(tǒng)11、分光鏡12、第一光調(diào)節(jié)器13、第二光調(diào)節(jié)器14、第一微透鏡陣列15、第二微透鏡陣列16、第二匹配系統(tǒng)17、第三匹配系統(tǒng)18、第三反射鏡19、第四反射鏡20、反射棱鏡21和探測(cè)相機(jī)22 ;入射光經(jīng)過(guò)第一匹配系統(tǒng)11后，由分光鏡12分為兩束，其中一束進(jìn)入第一光調(diào)節(jié)器13和第一微透鏡陣列15，經(jīng)第二匹配系統(tǒng)17、第三反射鏡19和反射鏡棱鏡21成像在探測(cè)相機(jī)22上，另一束光進(jìn)入第二光調(diào)節(jié)器14和第二微透鏡陣列16，經(jīng)第三匹配系統(tǒng)18、第四反射鏡20和反射鏡棱鏡21成像在CCD探測(cè)相機(jī)22上。
[0007]進(jìn)一步的，第一匹配系統(tǒng)11是透射或者反射式，用于匹配入射光和哈特曼微透鏡的口徑，并確保哈特曼微透鏡陣列位于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的瞳面共軛位置。
[0008]進(jìn)一步的，分光鏡12為比例分光鏡或者二色分光鏡，用于將入射光分為兩束。
[0009]進(jìn)一步的，第一光調(diào)節(jié)器13、第二光調(diào)節(jié)器14為衰減片或?yàn)V光片，或者是衰減片加濾光片，用于調(diào)節(jié)后續(xù)波前探測(cè)中使用的光的波長(zhǎng)和能量。
[0010]進(jìn)一步的，第一微透鏡陣列15和第二微透鏡陣列16具有不同的子孔徑數(shù)，對(duì)探測(cè)波前具有不同的空間采樣率；當(dāng)大氣湍流較弱時(shí)，使用太陽(yáng)米粒組織作為探測(cè)信標(biāo)，選擇子孔徑較少的微透鏡陣列像進(jìn)行波前探測(cè)，當(dāng)大氣湍流較強(qiáng)時(shí)，使用太陽(yáng)黑子作為探測(cè)信標(biāo)，此時(shí)選擇子孔徑數(shù)較多的微透鏡陣列像進(jìn)行波前探測(cè)。
[0011]進(jìn)一步的，第二匹配系統(tǒng)17和第三匹配系統(tǒng)18是透射式或者反射式，用于將經(jīng)微透鏡匯聚后的光成像在同一個(gè)探測(cè)相機(jī)22的不同的靶面位置，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求，滿(mǎn)足像素空間采用率。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013]本發(fā)明在太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中引入復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器，針對(duì)不同的大氣湍流強(qiáng)度和探測(cè)目標(biāo)(黑子或者米粒)，提供不同空間采樣率的波前探測(cè)結(jié)果用于閉環(huán)校正，在沒(méi)有明顯增加系統(tǒng)硬件復(fù)雜度的情況下，拓展了太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的適用范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明基于復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器的太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)框圖；
[0015]圖2為本發(fā)明中復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明包括準(zhǔn)直鏡1、第一反射鏡2、傾斜波前校正器3、高階波前校正器4、光學(xué)匹配鏡5、分光鏡6、復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器7、第二反射鏡8、精跟蹤波前傳感器9以及波前控制器10。準(zhǔn)直鏡I將望遠(yuǎn)鏡過(guò)來(lái)的光準(zhǔn)直成合適的口徑，并保證高階波前校正器4位于瞳面的共軛位置；準(zhǔn)直后的光經(jīng)第一反射鏡2反射至傾斜波前校正器3和高階波前校正器4后，由光學(xué)匹配鏡5縮束成符合后端光學(xué)系統(tǒng)要求的口徑；縮束后的光束經(jīng)分光鏡6分為兩束，其中一束直接進(jìn)入復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器7，另一束經(jīng)第二反射鏡8進(jìn)入精跟蹤波前傳感器9。波前控制器10對(duì)精跟蹤波前傳感器9和復(fù)合型夏克-哈特曼波前傳感器7獲得的波前信息進(jìn)行處理，并控制傾斜波前校正器3和高階波前校正器4對(duì)大氣湍流引起的波前像差進(jìn)行實(shí)