[發明專利]一種基于多探測器時序拼接的高頻探測系統

有效

• 申請號: 201710377419.2
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN106996833B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 張雨東;高洋;鄧可然
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于多探測器時序拼接的高幀頻探測系統，由接受望遠鏡，波前探測器和轉鏡裝置組成；通過轉鏡裝置，將信標光先后導入兩個或多個波前探測器，當一個波前探測器曝光完成后，正在進行數據讀出時，下一個波前探測器開始曝光信標光，實現兩個或多個波前探測器對信標光連續拼接曝光和讀出；該系統最終達到提升波前探測器采樣頻率的目的；本發明提出的多探測器時序拼接高幀頻探測系統，實現了對信標光連續曝光，減少了自適應光學系統在光子探測時的時間延遲。

技術領域

本發明為一種自適應光學波前探測裝置，特別涉及一種基于多探測器時序拼接的高頻探測系統，適合對系統采樣頻率要求較高的自適應光學系統中。

背景技術

自適應光學(Adaptive Optics,AO)技術能夠實時測量并且校正收到大氣湍流擾動的光學相位波前，從而在天文觀測、激光傳輸等領域得到廣泛應用。在描述大氣湍流的所有參數中，與自適應光學系統設計和性能直接相關的參數主要是大氣相干長度、大氣湍流相干時間和大氣等暈角。其中：大氣湍流相干時間決定了自適應光學系統進行有效校正所需的時間帶寬。

自適應光學系統對大氣湍流波前擾動的時域補償效果與湍流功率譜轉折頻率、系統時間延遲和系統閉環帶寬有關，在系統時間延遲和系統閉環帶寬相同的情況下，湍流功率譜轉折頻率越小，系統補償效果越好。這是由于湍流功率譜轉折頻率與風速和系統觀測口徑有關，對于一定的觀測系統口徑，風速越小，湍流功率譜轉折頻率就越小，為了達到相同的校正效果系統所需要的時間帶寬也越小的緣故；而風速與大氣湍流相干時間相關，站址條件越好，大氣湍流相干時間越長；我國最優秀的站址通常相干時間也只有國外典型站址大氣相干時間的1/2左右，因而對系統時間延遲有更高的要求。

在湍流功率譜轉折頻率，系統閉環帶寬相同的情況下，系統時間延遲越小，補償效果越好。這是因為在相同的閉環帶寬情況下，時間延遲越小，系統對大氣湍流波前擾動的有效校正帶寬越寬，所以系統對大氣湍流波前擾動的抑制越強，系統補償效果越好；目前國內外的探測器大多使用高幀頻的幀轉移CCD，CCD一幀正在讀出時，已經進行下一幀的曝光，但是具有傳輸拖尾現象。

發明內容

本發明的技術解決問題是：自適應光學系統的波前探測器對連續的信標光進行采樣時，由于受探測器CCD的限制，曝光的頻率有限，同時CCD曝光后讀出數據時存在連續信標光能量浪費的問題。本發明解決的是利用低采樣頻率的兩個或者多個CCD探測器組合，而實現對大氣湍流的高頻率采樣(>2000Hz)，高效的利用信標光能量，避免由于離散采樣造成的光能損失。針對上述問題，發明一種基于多探測器時序拼接的高頻探測系統，利用轉鏡裝置使多個波前探測器對信標光進行連續采樣，從而提高系統的采樣頻率。

本發明的技術解決方案是：一種基于多探測器時序拼接的高頻探測系統，包括接受望遠鏡，望遠鏡次鏡、變形反射鏡，反射鏡轉動裝置，波前探測系統，波前控制系統，其特征在于：信標光束經接收望遠鏡，通過變形反射鏡，然后由反射鏡轉動裝置反射進入其中一個波前探測系統，波前探測系統中的CCD探測器完成對信標光曝光時，反射鏡轉動裝置立即轉動一個特定的角度，將信標光束反射進入另外一個波前探測系統，在前一個CCD探測器將曝光積累的電荷進行轉移和數據讀出時，后一個波前探測系統中的CCD探測器對信標光進行曝光，CCD探測器和CCD探測器曝光讀出的信號先后送入波前控制器，并控制變形反射鏡補償波前像差，使得對大氣湍流的采樣頻率提升2倍，從而有效的降低大氣湍流時間誤差的影響；

更進一步的，一種基于多探測器時序拼接的高頻探測系統，其特征在于：系統中的反射鏡轉動裝置可以是擺鏡或者是高速多面旋轉棱鏡(如m面鏡)，對應的波前探測系統可以是兩個，也可以是n個波前探測系統(n≤m可以等于任意自然數)，從而實現對大氣湍流的采樣頻率提升n倍。