[發明專利]一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器

有效

• 申請號: 201310538190.8
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103630330A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 馬曉燠;饒長輝;鮮浩;魏凱;田雨
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;李新華

技術領域

本發明涉及大氣湍流模擬器的技術領域，特別是一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器，其為可以模擬多個星等的天體目標在經過大氣擾動后的波前傾斜擾動模擬器。

背景技術

天文望遠鏡是觀測天體的重要手段，沒有天文望遠鏡的誕生和發展，就沒有現代天文學。目前，隨著天文望遠鏡各方面性能的改進和提高，天文學也正經歷著巨大的飛躍，迅速推進著人類對宇宙的認識，從而幫助人類對自身和社會的認識。

由于天體發出的平面波需要透過了20千米的大氣湍流層這一隨機信道后才能被望遠鏡接收，大氣湍流在時間和空間的不穩定會造成平面波扭曲，導致天文望遠鏡在成像過程中的相位錯誤，從而影響天文望遠鏡的角分辨率。1953年，H.W.Babcock提出了能夠動態補償由大氣湍流或其他因素造成的成像過程中波前畸變的自適應光學技術，其核心就是使光學系統具有自動適應環境變化，克服動態擾動，保持理想性能的能力。

在光波波前相位誤差中，波前整體傾斜占全部相位誤差的87%左右，通常采用波前傾斜校正系統來消除由于波前整體傾斜引起的天體目標圖像抖動。在波前傾斜校正系統實際應用在望遠鏡之前，需要在實驗室內測試系統的波前傾斜校正性能。傳統的波前傾斜校正系統的性能測試方法如圖3所示，在高壓放大器前輸入擾動信號，然后通過測試系統閉環校正該擾動信號的能力來得到系統的性能（如：閉環帶寬和閉環誤差等指標）。

然而，近年來出現了基于內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統，所謂的內閉環傾斜鏡是在傳統的傾斜鏡內加裝了鏡面傾斜量傳感器和內閉環控制器。內閉環控制器通過接收跟蹤控制器輸出的傾斜鏡需求偏轉量與鏡面傾斜量傳感器輸出的傾斜鏡的實際鏡面偏轉量相比較，計算得出需要加載到傾斜鏡上的電壓修正量，從而實時修正傾斜鏡的實際偏轉量誤差。由于內閉環的采樣頻率遠大于跟蹤控制器輸出控制信號的頻率，所以基于內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統具有比傳統波前傾斜校正系統的閉環誤差小。然而，在測試基于內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統性能時，由于內閉環單元的存在，如果在跟蹤控制器后輸入擾動量，內閉環單元會認為擾動量是跟蹤控制器的實際輸出量而跟隨，并不會校正擾動量；如果在高壓放大器前輸入擾動量，內閉環單元會認為是高壓放大器產生的誤差而修正，僅能測試內閉環單元的性能，而無法測試系統的整體性能。

因此，需要研究一種波前傾斜擾動模擬器，在基于內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統的前端輸入波前傾斜擾動，系統才能正確識別并校正，完成系統性能的測試。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器，克服采用傳統在高壓放大器前加擾動的方法無法測試基于內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統性能的缺點。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器，包括單模光纖激光器、準直透鏡、全反射鏡、波前傾斜調制器、共軛透鏡組、波前傾斜控制器、光強控制器和控制計算機，其特征在于：在傳統的平行光管中加入了光強控制器、波前傾斜調制器、波前傾斜控制器和共軛透鏡組；單模光纖激光器的出射光經準直透鏡準直后形成平面波，平面波經全反射鏡反射至波前傾斜調制器被動態調制后再反射進入共軛透鏡組，最后在模擬器外的波前傾斜調制器的共軛面處得到光強由光強控制器控制和傾斜角度由波前傾斜控制器動態控制的波前；計算機用于給光強控制器和波前傾斜控制器發送參數并監控系統的狀態。

所述的波前傾斜調制器既能夠是傾斜鏡，也能夠是液晶調制器這樣能夠在電壓信號控制下調整入射波前整體斜率的器件。

本發明的原理是：基于內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統的校正對象是輸入波前的傾斜擾動量，所以可以在傾斜跟蹤傳感器前輸入受控的擾動波前，從而測試基于內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統的性能。所以可以在傳統的平行光管中加入了光強控制器、波前傾斜調制器、波前傾斜控制器和共軛透鏡組，利用光強控制器調整出射波前的光強；利用波前傾斜控制器和波前傾斜調制器動態控制出射波前的傾斜角度；利用共軛透鏡組在模擬器外的波前傾斜調制器共軛面處得到光強和傾斜角度均受控的波前，可以為實驗室測試天文自適應光學中基于內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統提供了條件。

本發明與現有技術相比有如下優點：

1、本發明可以產生光強和傾斜擾動量都可以受控的波前，克服傳統在高壓放大器前加擾動的方法無法測試基于內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統性能的缺點，為實驗室測試天文自適應光學中基于內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統提供了條件。