[發明專利]液晶-變形鏡的混合式自適應光學系統設計方法

有效

• 申請號: 201610858689.0
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN106324828B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 宣麗;李大禹;張佩光;王少鑫;曹召良;穆全全;楊程亮;姚麗雙;劉永剛;彭增輝;徐煥宇;張杏云;王啟東;王玉坤;孫飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B26/06
• 分類號: G02B26/06
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 王丹陽

本發明是液晶校正器和變形鏡的雙校正器自適應光學系統設計方法，目的是解決數米大口徑望遠鏡的近紅外～中紅外寬譜段波前自適應校正成像的問題。該系統采用一個波前探測器、一個能工作于短波紅外～中遠紅外波段的變形鏡和能工作于近紅外波段的液晶校正器；對變形鏡閉環控制、液晶校正器開環控制，利用Zernike模式重構波前；其中變形鏡校正前幾十項Zernike低階模式，然后將一級校正后的光束分為兩束，其中長于950nm的長波波段已能達到高分辨率成像要求；而對于700nm～950nm波段的光束，再用液晶校正器做幾十項之后的高階Zernike模式的二級校正，從而在近紅外～中紅外全波段獲得自適應光學高分辨成像。

技術領域

本發明屬于自適應光學領域，是液晶-變形鏡的混合式自適應光學系統設計方法。該系統涉及液晶校正器、變形鏡、快速振鏡、波前探測器、自適應光學控制器和分色片等光學元件的組合，可以實現數米大口徑望遠鏡的近紅外～中紅外寬波段波前自適應校正成像。

背景技術

基于大口徑地基望遠鏡的光波前自適應校正系統的功能是對入射光的畸變波前進行實時補償校正，得到理想的光學成像。

波前校正器是自適應光學系統的關鍵器件。傳統的自適應光學系統只有一個波前校正器，其中采用變形鏡的自適應校正系統具有響應速度快、光損耗低和工作光波段較寬的優勢，但是變形鏡的驅動器單元數和驅動量受到制造工藝的限制，很難做到千單元以上還保持足夠的4μm～5μm的驅動量。故當望遠鏡接收的波前口徑大于4米時，能量最強的也是大氣湍流干擾最強烈的可見～近紅外光波段，其波前畸變的空間頻率或波前畸變峰谷值往往超出變形鏡的調制范圍。因此，有些大口徑自適應光學系統提出了采用雙變形鏡的設計方法來解決驅動器單元數增多與驅動量之間的矛盾【D.Gavel and A.Norton,Woofer-tweeter deformable mirror control for closed-loop adaptive optics:theory andpractice,Proc.SPIE 9148,91484J(2014).】，然而波前畸變中高頻成分的影響會隨著波長變短而凸顯出來，即使是雙變形鏡的大口徑自適應光學系統，大多仍應用在中紅外波段，對于可見～近紅外波段來說，變形鏡校正器的能力欠佳。

目前，液晶光調制器作為自適應光學系統的波前校正器已經發展得很成熟，與傳統的變形鏡相比，具有空間分辨率高、能在近紅外波段匹配4米到8米口徑望遠鏡的波前、調制量大、校正精度高、制備工藝成熟的優勢。然而液晶校正器是通過控制折射率來改變光程、進而對波前進行調制的，由于液晶材料折射率變化量有限的問題，導致它不能在紅外長波段工作【Quanquan Mu,Zhaoliang Cao,Novel spectral range expansion method forliquid crystal adaptive optics,Opt.Express 18(21),21687-21696(2010).】，目前液晶自適應光學系統的校正成像波段是700nm～950nm近紅外波段，也稱I波段。因此，需通過結合變形鏡實現向長波方向擴展的寬波段校正成像效果。

通常大氣湍流對中遠紅外波段的成像影響可以忽略，本發明主要解決數米大口徑望遠鏡的近紅外～中紅外寬波段波前自適應校正成像的缺陷問題。本發明可以實現700nm～2500nm的寬波段校正成像，向長波方向大幅拓寬純粹液晶自適應光學系統的成像波段范圍，解決純粹變形鏡自適應光學系統難于在大口徑近紅外波段良好成像的問題。

發明內容

本發明提供一種液晶校正器和變形鏡混合的雙校正器自適應光學系統，目的是在數米大口徑望遠鏡上實現700nm～2500nm的寬波段自適應校正成像，解決數米大口徑望遠鏡在近紅外～中紅外寬波段波前自適應校正成像的缺陷問題。

下面詳述本發明。