[發明專利]一種超靈敏光譜成像天文望遠鏡及天文光譜成像方法

有效

• 申請號: 201410232184.4
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN104019898B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 劉雪峰;翟光杰;王超;俞文凱;姚旭日
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G02B23/00
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司11318
• 代理人: 楊小蓉

1.一種超靈敏光譜成像天文望遠鏡，其特征在于，包括光學單元(I)和電學單元(II)；其中，所述光學單元(I)包括天文望遠鏡鏡頭(1)、空間光調制器(2)、準直部件(3)、光譜分光部件(4)、光譜會聚部件(5)；所述電學單元(II)包括單光子線陣探測器(6)、計數器(7)、隨機數發生器(8)、控制模塊(9)、數據包存儲器(10)以及壓縮感知模塊(11)；所述準直部件(3)包括收集透鏡(3_1)、光闌(3_2)、準直透鏡(3_3)；

從天體傳播而來的單光子水平的光信號由所述天文望遠鏡鏡頭(1)收集，并成像到所述空間光調制器(2)上；所述空間光調制器(2)對成像在其表面的天文圖像進行隨機調制，以隨機概率將圖像上不同位置的光反射到所述準直部件(3)方向；；所述空間光調制器(2)隨機反射的光首先由所述收集透鏡(3_1)會聚到所述光闌(3_2)，限制光斑尺寸，形成近似點光源，然后經過所述準直透鏡(3_3)準直形成平行光，照射在所述光譜分光部件(4)上；所述光譜分光部件(4)將不同波長的光向不同方向出射；經過所述光譜會聚部件(5)后不同波長的光會聚到所述光譜會聚部件(5)焦平面上不同位置，由所述電學單元(II)中單光子線陣探測器(6)的不同像素點探測；

所述隨機數發生器8產生隨機數用于控制所述空間光調制器(2)，所述空間光調制器(2)根據該隨機數實現對光信號的隨機調制；所述單光子線陣探測器(6)探測待測極弱光中的單光子，將采集到的單光子信號轉換成脈沖形式的電信號后輸出；所述計數器(7)記錄所述單光子線陣探測器(6)上每個像素發出的代表單光子數目的電脈沖個數；所述控制模塊(9)對整個超靈敏天文望遠鏡進行控制協調，包括對各部件的工作控制和同步脈沖觸發信號發射，確保所述計數器(7)和所述空間光調制器(2)同步工作；所述計數器(7)所記錄的每個像素的單光子數目和所述隨機數發生器8生成的隨機矩陣全部存入所述數據包存儲器(10)中；所述壓縮感知模塊(11)利用所述數據包存儲器10中的各個像素的單光子數目以及對應的隨機矩陣，并選取稀疏基對不同波長的天文圖像進行重建，得到極弱光水平的天文光譜圖像。

2.根據權利要求1所述的超靈敏光譜成像天文望遠鏡，其特征在于，所述隨機數發生器(8)用于生成二值伯努利分布的散斑或二值非均勻分布的散斑，二值由0和1組成；當生成二值伯努利分布的散斑時，需使第一幀的散斑全1，而伯努利分布由Walsh或Hadamard或noiselet變換獲得；當生成二值非均勻分布的散斑時，每幀散斑中1的個數需遠小于0的個數，且1在每幀散斑的空間分布上是隨機的。

3.根據權利要求1所述的超靈敏光譜成像天文望遠鏡，其特征在于，所述天文望遠鏡鏡頭(1)采用下列任意一種天文望遠鏡類型的鏡頭：反射式天文望遠鏡，包括牛頓式、卡塞格林式、格里式；折射式天文望遠鏡，包括伽利略望遠鏡、開普勒望遠鏡；折反射式天文望遠鏡，包括施密特-卡塞格林式、馬克蘇托夫-卡塞格林式；多鏡面望遠鏡；雙筒望遠鏡；也包括應用于衛星、空間站之上的空間天文望遠鏡。

4.根據權利要求1所述的超靈敏光譜成像天文望遠鏡，其特征在于，所述空間光調制器(2)采用數字微鏡器件實現。

5.根據權利要求1所述的超靈敏光譜成像天文望遠鏡，其特征在于，所述準直部件(3)中的收集透鏡(3_1)、準直透鏡(3_3)通過透鏡或凹面鏡實現；所述光闌(3_2)通過狹縫或小孔實現。

6.根據權利要求1所述的超靈敏光譜成像天文望遠鏡，其特征在于，所述光譜分光部件(4)包括色散分光部件，所述色散分光部件采用包括光柵、棱鏡在內的具有分光能力的器件實現。

7.根據權利要求6所述的超靈敏光譜成像天文望遠鏡，其特征在于，所述光譜分光部件(4)還包括預濾光部件，所述預濾光部件由濾光片實現。

8.根據權利要求1所述的超靈敏光譜成像天文望遠鏡，其特征在于，所述光譜會聚部件(5)由透鏡或凹面鏡實現；所述光譜會聚部件(5)將不同波長的光按波長從小到大依次透射到所述單光子線陣探測器(6)的不同像素上。