本發(fā)明屬于自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域，是液晶-變形鏡的混合式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)涉及液晶校正器、變形鏡、快速振鏡、波前探測(cè)器、自適應(yīng)光學(xué)控制器和分色片等光學(xué)元件的組合，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)米大口徑望遠(yuǎn)鏡的近紅外～中紅外寬波段波前自適應(yīng)校正成像。

背景技術(shù)：

基于大口徑地基望遠(yuǎn)鏡的光波前自適應(yīng)校正系統(tǒng)的功能是對(duì)入射光的畸變波前進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償校正，得到理想的光學(xué)成像。

波前校正器是自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。傳統(tǒng)的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)只有一個(gè)波前校正器，其中采用變形鏡的自適應(yīng)校正系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、光損耗低和工作光波段較寬的優(yōu)勢(shì)，但是變形鏡的驅(qū)動(dòng)器單元數(shù)和驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)量。故當(dāng)望遠(yuǎn)鏡接收的波前口徑大于4米時(shí)，能量最強(qiáng)的也是大氣湍流干擾最強(qiáng)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(diào)制范圍。因此，有些大口徑自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)提出了采用雙變形鏡的設(shè)計(jì)方法來解決驅(qū)動(dòng)器單元數(shù)增多與驅(qū)動(dòng)量之間的矛盾【D.Gavel and A.Norton,Woofer-tweeter deformable mirror control for closed-loop adaptive optics:theory and practice,Proc.SPIE 9148,91484J(2014).】，然而波前畸變中高頻成分的影響會(huì)隨著波長(zhǎng)變短而凸顯出來，即使是雙變形鏡的大口徑自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，大多仍應(yīng)用在中紅外波段，對(duì)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(diào)制器作為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的波前校正器已經(jīng)發(fā)展得很成熟，與傳統(tǒng)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(yuǎn)鏡的波前、調(diào)制量大、校正精度高、制備工藝成熟的優(yōu)勢(shì)。然而液晶校正器是通過控制折射率來改變光程、進(jìn)而對(duì)波前進(jìn)行調(diào)制的，由于液晶材料折射率變化量有限的問題，導(dǎo)致它不能在紅外長(zhǎng)波段工作【Quanquan Mu,Zhaoliang Cao,Novel spectral range expansion method for liquid crystal adaptive optics,Opt.Express 18(21),21687-21696(2010).】，目前液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)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(jié)合變形鏡實(shí)現(xiàn)向長(zhǎng)波方向擴(kuò)展的寬波段校正成像效果。

通常大氣湍流對(duì)中遠(yuǎn)紅外波段的成像影響可以忽略，本發(fā)明主要解決數(shù)米大口徑望遠(yuǎn)鏡的近紅外～中紅外寬波段波前自適應(yīng)校正成像的缺陷問題。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)700nm～2500nm的寬波段校正成像，向長(zhǎng)波方向大幅拓寬純粹液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的成像波段范圍，解決純粹變形鏡自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)難于在大口徑近紅外波段良好成像的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種液晶校正器和變形鏡混合的雙校正器自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，目的是在數(shù)米大口徑望遠(yuǎn)鏡上實(shí)現(xiàn)700nm～2500nm的寬波段自適應(yīng)校正成像，解決數(shù)米大口徑望遠(yuǎn)鏡在近紅外～中紅外寬波段波前自適應(yīng)校正成像的缺陷問題。

下面詳述本發(fā)明。

液晶校正器和變形鏡混合的雙校正器自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)采用一個(gè)波前探測(cè)器、一個(gè)能工作于短波紅外～中遠(yuǎn)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(duì)變形鏡閉環(huán)控制、液晶校正器開環(huán)控制，利用Zernike模式重構(gòu)波前。由于大氣湍流對(duì)波前的干擾隨著波長(zhǎng)變短高頻成分增強(qiáng)，所以采用驅(qū)動(dòng)單元數(shù)弱勢(shì)的變形鏡校正波前畸變的低階成分，然后將已消除波前畸變的長(zhǎng)波光分束，在短波紅外～中遠(yuǎn)紅外波段的多個(gè)相機(jī)中直接成像，而分出的短波段光束進(jìn)入液晶校正器再校正高階成分，從而獲得近紅外波段的高分辨成像。

考慮到成像相機(jī)的波段特性，將700nm～2500nm成像波段范圍分為四部分：700nm～950nm的I波段，對(duì)應(yīng)可見相機(jī)；950nm～1500nm的J波段，對(duì)應(yīng)短波紅外相機(jī)；1500nm～1900nm的H波段，對(duì)應(yīng)中紅外相機(jī)；1900nm～2500nm的K波段，對(duì)應(yīng)中遠(yuǎn)紅外相機(jī)。分別取λ_I＝800nm、λ_J＝1200nm、λ_H＝1600nm和λ_K＝2200nm為四個(gè)成像波段的中心波長(zhǎng)。

畸變波前可以用由低階到高階排列的Zernike模式函數(shù)多項(xiàng)式表示，其低階成分均方根(RMS)值較大，對(duì)成像分辨率影響顯著，隨著成分的階數(shù)升高RMS值迅速減小，直至可以忽略其對(duì)成像的影響。當(dāng)畸變波前中的前N項(xiàng)Zernike模式得到完全校正、殘余的高階波前畸變量RMS值時(shí)，成像分辨率可以達(dá)到望遠(yuǎn)鏡的兩倍光學(xué)衍射極限分辨率，此處λ代表成像波段的中心波長(zhǎng)，則認(rèn)為達(dá)到了自適應(yīng)波前校正的要求。成像波段的殘余高階波前畸變量可以表示為【R.J.Noll,Zernike polynomials and atmospheric turbulence,J.Opt.Soc.Am.66(3),207(1976).】：

這里N是已校正的Zernike模式數(shù)，D是望遠(yuǎn)鏡的口徑，r₀是大氣湍流強(qiáng)度的特征參數(shù)稱為大氣相干長(zhǎng)度、以厘米為單位。對(duì)于強(qiáng)度為r₀的大氣湍流中望遠(yuǎn)鏡接收到的口徑為D的畸變波前，其畸變的劇烈程度可以近似描述為：將D口徑的波前平均分割為以r₀為直徑的子波前，則子波前上只有傾斜而沒有高階畸變。因此r₀越長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的大氣湍流越弱，而r₀越短對(duì)應(yīng)的大氣湍流越強(qiáng)。為與大氣相干長(zhǎng)度r₀的單位一致，(1)式中口徑D的單位也取為厘米，此時(shí)殘余高階波前畸變量的單位為弧度。

一般天文觀測(cè)站址的條件，在中心波長(zhǎng)λ_I＝800nm處的大氣相干長(zhǎng)度均能滿足r₀≥10cm。選擇I波段的中心波長(zhǎng)λ_I處的大氣相干長(zhǎng)度r_0I＝10cm，根據(jù)r₀與波長(zhǎng)λ的6/5次方成正比的關(guān)系式【F.Roddier,Adaptive Optics in Astronomy(Cambridge University,1999),Chap.1.】，可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)λ_J＝1200nm、λ_H＝1600nm和λ_K＝2200nm三個(gè)成像波段中心波長(zhǎng)處的r₀值分別為r_0J＝16cm、r_0H＝23cm和r_0K＝34cm。如果選擇望遠(yuǎn)鏡口徑D為2米、將上述參量分別代入(1)式中，得出I、J、H和K四個(gè)成像波段對(duì)應(yīng)的校正Zernike模式數(shù)N分別為N_I＝102、N_J＝42、N_H＝21、N_K＝10,且有N_I>N_J>N_H>N_K。利用變形鏡和液晶校正器做低、高階兩級(jí)校正，其中變形鏡校正前N_J項(xiàng)Zernike低階模式，則可以通過波長(zhǎng)950nm分色片將一級(jí)校正后的光束分為兩束，其中長(zhǎng)于950nm的長(zhǎng)波波段的殘余波前畸變RMS值已經(jīng)≤0.14λ_J，能達(dá)到此長(zhǎng)波波段望遠(yuǎn)鏡的兩倍光學(xué)衍射極限分辨率；而對(duì)于700nm～950nm的I波段，再利用液晶校正器做N_J+1～N_I項(xiàng)Zernike模式的二級(jí)校正，也可使I波段波前的殘余畸變RMS值減小至0.14λ_I，從而在700nm～2500nm全波段均能達(dá)到該望遠(yuǎn)鏡兩倍的光學(xué)衍射極限成像分辨率。

由于本發(fā)明中變形鏡作為J、H、K三個(gè)成像波段的波前校正器，其需要校正的Zernike模式數(shù)只與J波段的光學(xué)參數(shù)相關(guān)，因此不考慮K波段的成像也能說明本發(fā)明的光學(xué)設(shè)計(jì)方法。下面以I、J、H三個(gè)成像波段的液晶-變形鏡的混合式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來詳細(xì)說明本發(fā)明。如圖1所示，系統(tǒng)由第一透鏡1、快速振鏡2、變形鏡3、第一分色片4、第二透鏡5、第二分色片6、短波紅外相機(jī)7、中紅外相機(jī)8、第三透鏡9、第四透鏡10、第三分色片11、第五透鏡12、第六透鏡13、第四分色片14、波前探測(cè)器15、第七透鏡16、薄型反射鏡17、第八透鏡18、PBS分束器19、液晶校正器20、第九透鏡21、反射鏡22、可移動(dòng)反射鏡23、第十透鏡24、可見相機(jī)25組成。

第一透鏡1的前焦點(diǎn)與所連接的望遠(yuǎn)鏡輸出光焦點(diǎn)重合，將望遠(yuǎn)鏡的出瞳成像于快速振鏡2上；快速振鏡2的作用是校正波前的整體傾斜，即校正前N₂項(xiàng)Zernike最低階模式以大幅減小變形鏡3的校正壓力，消除入射光束的抖動(dòng)，然后將光束折軸45度反射到變形鏡3；變形鏡3又將光束折軸成水平光束、校正N₃～N_J項(xiàng)Zernike低階模式、通過在950nm波長(zhǎng)處分色的第一分色片4后分成互為垂直的兩束，其中950nm～1700nm波段透過第一分色片4，經(jīng)第二透鏡5匯聚至1500nm波長(zhǎng)處分色的第二分色片6，進(jìn)一步分成950nm～1500nm的J波段和1500nm-1700nm的H波段的兩光束，其中950nm～1500nm的J波段光束透射第二分色片6，聚焦于短波紅外相機(jī)7成像；1500nm～1700nm H波段的光束經(jīng)過第二分色片6反射，聚焦于中紅外相機(jī)8成像。而在第一分色片4處反射的垂直光束為400nm～950nm波段的光束，該垂直光束經(jīng)過第三透鏡9和第四透鏡10縮束，使光束直徑與700nm波長(zhǎng)處分色的第三分色片11的口徑匹配；經(jīng)過第三分色片11后光束又分為反射和透射兩束，其中反射光束為400nm～700nm可見波段用于波前探測(cè)，其通過第五透鏡12和第六透鏡13組成的4F系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)束以與波前探測(cè)器15的口徑匹配，再由與第三分色片11完全相同的第四分色片14反射，進(jìn)入到波前探測(cè)器15中；再說透過第三分色片11的700nm～950nm的I波段光束透射第七透鏡16、由薄型反射鏡17折軸45度、偏心5mm通過第八透鏡18，以使液晶校正器20反射回來的光經(jīng)第八透鏡18后能避開薄型反射鏡17；PBS分束器19位于第八透鏡18和液晶校正器20之間，PBS分束器19的作用是將進(jìn)入液晶校正器20的光束濾為P偏振光，以滿足液晶校正器20的工作條件，而且液晶校正器20與快速振鏡2共軛配置保證入射的P偏振光沒有抖動(dòng)；液晶校正器20將P偏振光中N_J+1～N_I項(xiàng)Zernike模式的高階波前畸變校正后、將其反射再進(jìn)入PBS分束器19，通過第八透鏡18、第九透鏡21，光束變?yōu)槠叫泄獾竭_(dá)與光軸成45度放置的反射鏡22上，從而折軸90度，到達(dá)也與光軸成45度放置的可移動(dòng)反射鏡23上，使光軸再次折轉(zhuǎn)90度，通過第十透鏡24聚焦于可見相機(jī)25，使高階畸變校正后的700nm～950nm的I波段光束成像。

本發(fā)明中所涉及的快速振鏡2、變形鏡3、短波紅外相機(jī)7、中紅外相機(jī)8、波前探測(cè)器15、液晶校正器20和可見相機(jī)25均與一臺(tái)計(jì)算機(jī)相連結(jié)。計(jì)算機(jī)中存有自適應(yīng)校正控制軟件，其作用是：首先對(duì)波前探測(cè)器15獲得的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行處理，將波前畸變表達(dá)為不同權(quán)重的Zernike模式函數(shù)多項(xiàng)式；然后將其中前N₂項(xiàng)Zernike模式函數(shù)多項(xiàng)式?jīng)Q定的波前整體傾斜數(shù)據(jù)反饋給快速振鏡2以消除光束的傾斜抖動(dòng)，將N₃～N_J項(xiàng)低階Zernike模式函數(shù)多項(xiàng)式?jīng)Q定的波前數(shù)據(jù)反饋給變形鏡3，使波前的低階畸變成分得到校正，將剩余N_J+1～N_I項(xiàng)高階Zernike模式函數(shù)多項(xiàng)式?jīng)Q定的波前數(shù)據(jù)反饋給液晶校正器20，使波前的高階畸變成分得到校正；此時(shí)短波紅外相機(jī)7、中紅外相機(jī)8和可見相機(jī)25所拍攝的像為自適應(yīng)光學(xué)校正后的高分辨圖像，計(jì)算機(jī)給出所拍攝像的顯示。

為測(cè)量變形鏡的響應(yīng)矩陣，基于上述的液晶-變形鏡的混合式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，在第一透鏡1的前焦點(diǎn)位置放置點(diǎn)光源27，如圖2所示，擋光板28插入到點(diǎn)光源27和望遠(yuǎn)鏡之間以遮斷望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入自適應(yīng)系統(tǒng)的光。變形鏡響應(yīng)矩陣的測(cè)量光路由點(diǎn)光源27、第一透鏡1、快速振鏡2、變形鏡3、第一分色片4、第三透鏡9、第四透鏡10、第三分色片11、第五透鏡12、第六透鏡13、第四分色片14、波前探測(cè)器15組成，其中快速振鏡2作為反射鏡使用，其法線與光軸成22.5度。用Zernike模式法測(cè)量變形鏡響應(yīng)矩陣，方法如【F.Roddier,Adaptive Optics in Astronomy(Cambridge University,1999),Chap.6.】所述。本發(fā)明中針對(duì)變形鏡3測(cè)量前N_J項(xiàng)Zernike低階模式的響應(yīng)矩陣，然后存入計(jì)算機(jī)的自適應(yīng)校正控制軟件中，更新原來存儲(chǔ)的變形鏡3的響應(yīng)矩陣。變形鏡的響應(yīng)矩陣需視具體情況進(jìn)行測(cè)量更新。

為測(cè)量液晶校正器的響應(yīng)矩陣，基于上述的液晶-變形鏡的混合式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，在第四分色片14與可移動(dòng)反射鏡23之間插入道威棱鏡26，并將可移動(dòng)反射鏡23移除，在第一透鏡1的焦點(diǎn)處放入點(diǎn)光源27，并在第五透鏡12和第六透鏡13之間插入擋光板28，如圖3所示，遮斷望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入液晶校正器響應(yīng)矩陣測(cè)量光路的光。液晶校正器響應(yīng)矩陣的測(cè)量光路由點(diǎn)光源27、第一透鏡1、快速振鏡2、變形鏡3、第一分色片4、第三透鏡9、第四透鏡10、第三分色片11、第七透鏡16、薄型反射鏡17、第八透鏡18、PBS分束器19、液晶校正器20、第九透鏡21、反射鏡22、道威棱鏡26、第四分色片14、波前探測(cè)器15組成，其中快速振鏡2作為反射鏡使用，其法線與光軸成22.5度。道威棱鏡26的作用是旋轉(zhuǎn)波前180度，使測(cè)響應(yīng)矩陣時(shí)進(jìn)入到波前探測(cè)器15的波前坐標(biāo)系與自適應(yīng)系統(tǒng)工作時(shí)的波前坐標(biāo)系一致。液晶校正器響應(yīng)矩陣的測(cè)量方法如發(fā)明專利【“快速向列液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)”，發(fā)明專利，中國,200610063698.7】所述，本發(fā)明中針對(duì)液晶校正器20測(cè)量N_J+1～N_I項(xiàng)Zernike模式的響應(yīng)矩陣，然后存入計(jì)算機(jī)的自適應(yīng)校正控制軟件中，更新原來存儲(chǔ)的液晶校正器20的響應(yīng)矩陣。液晶校正器的響應(yīng)矩陣需視具體情況進(jìn)行測(cè)量更新。

測(cè)量響應(yīng)矩陣結(jié)束后，將光路復(fù)原為圖1所示的光路，即可使液晶-變形鏡的混合式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)正常工作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的液晶-變形鏡混合式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的原理光路。其中1為第一透鏡，2為快速振鏡，3為變形鏡，4為950nm波長(zhǎng)處分色的第一分色片，5為第二透鏡，6為1500nm波長(zhǎng)處分色的第二分色片，7和8分別為短波紅外相機(jī)和中紅外相機(jī)，9為第三透鏡，10為第四透鏡，11為700nm波長(zhǎng)處分色的第三分色片，12為第五透鏡，13為第六透鏡，14也為700nm波長(zhǎng)處分色的第四分色片，15為波前探測(cè)器，16為第七透鏡，17為薄型反射鏡，18為第八透鏡，19為PBS分束器，20為液晶校正器，21為第九透鏡，22為反射鏡，23為可移動(dòng)反射鏡，24為第十透鏡，25為可見相機(jī)。第一透鏡1的前焦點(diǎn)與接收望遠(yuǎn)鏡的焦點(diǎn)重合。

圖2是測(cè)量變形鏡響應(yīng)矩陣時(shí)的原理光路。其中27為點(diǎn)光源，放置于第一透鏡的前焦點(diǎn)處，擋光板28插入到點(diǎn)光源27和望遠(yuǎn)鏡之間以遮斷望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入自適應(yīng)系統(tǒng)的光，圖中擋光板28未畫出。

圖3是測(cè)量液晶校正器響應(yīng)矩陣時(shí)的原理光路。其中26為道威棱鏡，其作用是旋轉(zhuǎn)波前180度，使測(cè)量響應(yīng)矩陣時(shí)進(jìn)入到波前探測(cè)器15的波前坐標(biāo)系與自適應(yīng)系統(tǒng)工作時(shí)的波前坐標(biāo)系一致，27為點(diǎn)光源，28為擋光板。

圖4是實(shí)施例中與2米口徑望遠(yuǎn)鏡配套的液晶-變形鏡混合式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)原理光路。其中29為湍流屏，定量給出大氣湍流對(duì)波前的干擾強(qiáng)度為：800nm波長(zhǎng)處的大氣相干長(zhǎng)度為10cm；30為分辨率板，可以定量評(píng)價(jià)波前校正前后的成像分辨率。

圖5是實(shí)施例中與2米口徑望遠(yuǎn)鏡配套的液晶-變形鏡混合式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)湍流屏干擾的波前進(jìn)行校正、分辨率板的成像效果。其中(a)、(b)為中紅外相機(jī)8拍攝的波前校正前后的分辨率板成像，對(duì)應(yīng)1500nm-1700nm的H波段，校正后可以分辨出第五圈的第五組條紋，成像分辨率達(dá)到19.7μm；(c)、(d)為短波紅外相機(jī)7拍攝的波前校正前后的分辨率板成像，對(duì)應(yīng)950nm～1500nm的J波段，校正后可以分辨出第五圈第六組條紋，成像分辨率達(dá)到17.5μm；(e)、(f)、(g)為可見相機(jī)25在700nm～950nm的I波段拍攝的分辨率板成像，(e)對(duì)應(yīng)波前校正前，(f)、(g)分別為變形鏡一級(jí)校正后和液晶校正器二級(jí)校正后的像，表明經(jīng)液晶校正器高階校正后能夠分辨出第六圈的第三組條紋，成像分辨率達(dá)到12.4μm。

具體實(shí)施方式

為了更好說明本技術(shù)，以與2m口徑望遠(yuǎn)鏡配套的液晶-變形鏡混合式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)在I、J、H三波段成像為例來實(shí)施檢測(cè)本發(fā)明的效果。

1)第一透鏡1為三膠合消色差透鏡，口徑為30mm，焦距為200mm；其余透鏡均為雙膠合消色差透鏡，第二透鏡5口徑為30mm、焦距為547mm，第三透鏡9口徑為30mm、焦距為300mm，第四透鏡10口徑為10mm、焦距為-43.2mm，第五透鏡12口徑25.4mm、焦距為100mm，第六透鏡13口徑為20mm、焦距為200mm，第七透鏡16口徑為15mm、焦距為150mm，第八透鏡18口徑為25.4mm、焦距為300mm，第九透鏡21口徑為25.4mm、焦距為300mm，第十透鏡24口徑為20mm、焦距為270mm。

2)快速振鏡2為德國PI公司的閉環(huán)自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)式快速振鏡，直徑為25mm，最大轉(zhuǎn)動(dòng)范圍5mrad，分辨率0.25μrad。

3)變形鏡3為法國ALPAO公司的145單元變形鏡，驅(qū)動(dòng)器的排列方式為正方形，口徑29.5mm；使用20mm通光口徑，光束覆蓋中心區(qū)域的97個(gè)驅(qū)動(dòng)器，單個(gè)驅(qū)動(dòng)器的波前調(diào)制量接近3μm，全程響應(yīng)時(shí)間0.2ms。

4)短波紅外相機(jī)7和中紅外相機(jī)8為凌云公司Xeva-1.7-320產(chǎn)品，像素?cái)?shù)320×256，光譜范圍是900nm～1700nm。

5)波前探測(cè)器15為夏克－哈特曼型波前探測(cè)器，5.76mm接收孔徑，微透鏡陣列為20×20，背部相機(jī)為采樣頻率1562Hz的EM CCD。

6)反射鏡17，面積15mm×15mm，厚度2mm，反射率大于98％。

7)PBS偏振分束器19，尺寸為25mm×25mm×25mm，偏振光的消光比為1×10^-3。

8)液晶校正器20為美國BNS公司的LCOS型液晶校正器，響應(yīng)時(shí)間1ms，像素?cái)?shù)256×256，口徑5.8mm，驅(qū)動(dòng)電壓的分度值即灰度級(jí)有256個(gè)。

9)可見相機(jī)25為英國ANDOR公司DV897型號(hào)的產(chǎn)品，像素?cái)?shù)512×512。

10)道威棱鏡26，采用K9退火材料，通光口徑為10mm。

11)點(diǎn)光源27，是光纖束耦合的氙燈光源、波長(zhǎng)范圍覆蓋400nm～1700nm，光纖束直徑0.2mm。

12)湍流屏29，由Lexitek公司制造，通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)位相板轉(zhuǎn)動(dòng)，控制其轉(zhuǎn)動(dòng)速度模擬產(chǎn)生不同強(qiáng)度的大氣湍流，設(shè)置湍流屏在800nm波長(zhǎng)處的大氣相干長(zhǎng)度為10cm。

13)分辨率板30，為美國標(biāo)準(zhǔn)USAF 1951分辨率板，緊靠光源放置，用于對(duì)本發(fā)明的成像分辨率做定量評(píng)價(jià)。

14)與2m口徑望遠(yuǎn)鏡配套的液晶-變形鏡混合式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的搭建：

依據(jù)圖1所示光路，利用1)～9)所述的元件搭建與2m口徑望遠(yuǎn)鏡配套的液晶-變形鏡混合式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，各元件的擺放方式嚴(yán)格按照“發(fā)明內(nèi)容”所述的方式擺放，并且快速振鏡2、變形鏡3、短波紅外相機(jī)7、中紅外相機(jī)8、波前探測(cè)器15、液晶校正器20和可見相機(jī)25均與存有自適應(yīng)控制軟件的計(jì)算機(jī)相連結(jié)。

15)測(cè)量變形鏡3的響應(yīng)矩陣：

按照?qǐng)D2所示位置，將點(diǎn)光源27插入搭建的系統(tǒng)中，擋光板28插入到點(diǎn)光源27和望遠(yuǎn)鏡之間以遮斷望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入的光；指令計(jì)算機(jī)依次對(duì)變形鏡3的1～97個(gè)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；受到變形鏡調(diào)制的光進(jìn)入到波前探測(cè)器15；計(jì)算機(jī)自動(dòng)讀取波前探測(cè)器15的光學(xué)響應(yīng)信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字化處理成為初始響應(yīng)矩陣；基于(1)式算出J波段的Zernike模式數(shù)N_J＝42，采用前42項(xiàng)Zernike模式對(duì)變形鏡3驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)進(jìn)行擬合，將變形鏡3的初始響應(yīng)矩陣變?yōu)榍?2項(xiàng)Zernike模式系數(shù)的響應(yīng)矩陣，然后存入計(jì)算機(jī)的自適應(yīng)校正控制軟件中，更新原來存儲(chǔ)的變形鏡3的響應(yīng)矩陣。

16)測(cè)量液晶校正器20的響應(yīng)矩陣：

按照?qǐng)D3所示位置，將道威棱鏡26、點(diǎn)光源27和擋光板28插入到系統(tǒng)中，并移開可移動(dòng)反射鏡23；基于(1)式算出I波段的Zernike模式數(shù)N_I＝102、J波段的Zernike模式數(shù)N_J＝42，指令計(jì)算機(jī)依次發(fā)出N_J+1～N_I項(xiàng)Zernike模式信號(hào)驅(qū)動(dòng)液晶校正器20；受到液晶校正器20調(diào)制的光進(jìn)入到波前探測(cè)器15，計(jì)算機(jī)自動(dòng)讀取波前探測(cè)器15的光學(xué)響應(yīng)信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字化處理成為N_J+1～N_I項(xiàng)Zernike模式的響應(yīng)矩陣，然后存入計(jì)算機(jī)的自適應(yīng)校正控制軟件中，更新原來存儲(chǔ)的液晶校正器20的響應(yīng)矩陣。

17)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)成像效果檢測(cè)光路：

得到變形鏡3和液晶校正器20的響應(yīng)矩陣后，將擋光板28撤離光路，可移動(dòng)反射鏡23移回光路，并將湍流屏29插入到快速振鏡2和變形鏡3之間，分辨率板30緊靠點(diǎn)光源27放置，形成以分辨率板為成像目標(biāo)的自適應(yīng)校正系統(tǒng)，如圖4所示。

18)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行波前自適應(yīng)校正成像：

開啟計(jì)算機(jī)中的自適應(yīng)控制軟件；指令計(jì)算機(jī)依據(jù)響應(yīng)矩陣處理波前探測(cè)器15給出的光學(xué)信號(hào)，將波前畸變表達(dá)為不同權(quán)重的Zernike模式函數(shù)多項(xiàng)式；然后將其中前2項(xiàng)Zernike模式函數(shù)多項(xiàng)式?jīng)Q定的波前整體傾斜數(shù)據(jù)反饋給快速振鏡2以消除光束的傾斜抖動(dòng)，將3～42項(xiàng)低階Zernike模式函數(shù)多項(xiàng)式?jīng)Q定的波前數(shù)據(jù)反饋給變形鏡3校正，并在短波紅外相機(jī)7和中紅外相機(jī)8中分別獲得950nm～1500nm的J波段和1500nm～1700nm的H波段的分辨率板30的成像；在后光路中剩余波前畸變的43～102項(xiàng)Zernike模式函數(shù)多項(xiàng)式?jīng)Q定的波前數(shù)據(jù)反饋給液晶校正器20進(jìn)行校正，并在可見相機(jī)25位置對(duì)700nm～950nm的I波段進(jìn)行分辨率板30的成像。

波前自適應(yīng)校正前后分辨率板30的成像結(jié)果如圖5所示，(a)、(b)、(c)、(d)分別對(duì)應(yīng)中紅外相機(jī)8、短波紅外相機(jī)7上的成像，(e)、(f)、(g)對(duì)應(yīng)可見相機(jī)25上的成像。其中(a)、(c)、(e)均為未開始波前校正的結(jié)果，表明沒有自適應(yīng)波前校正在I、J、H三個(gè)波段都無法在分辨率板30上分辨出任意一條線；(b)是校正后中紅外相機(jī)8在1500nm～1700nm的H波段對(duì)分辨率板30所成的像，分辨出第五圈的第五組條紋，對(duì)應(yīng)50.8cycles/mm，即在望遠(yuǎn)鏡焦面的成像分辨率達(dá)到19.7μm，由于系統(tǒng)在1600nm中心波長(zhǎng)處的衍射極限為19.52μm，說明1500nm～1700nm的H波段的校正效果接近衍射極限；(d)是校正后短波紅外相機(jī)7在950nm～1500nm的J波段對(duì)分辨率板30所成的像，由于該波段要經(jīng)過第二分色片6的反射再成像，所以圖像橫向翻轉(zhuǎn)了180度，校正后的圖像可分辨出第五圈第六組條紋，對(duì)應(yīng)57cycles/mm，即在望遠(yuǎn)鏡焦面的成像分辨率達(dá)到17.5μm，由于系統(tǒng)在1200nm中心波長(zhǎng)處的衍射極限為14.64μm，說明950nm～1500nm的J波段的校正效果達(dá)到了1.2倍衍射極限；(f)、(g)分別是變形鏡一級(jí)校正后和液晶校正器二級(jí)校正后可見相機(jī)25在700nm～950nm的I波段對(duì)分辨率板30所成的像，看出此變形鏡不能將近紅外波段的波前畸變完整消除，使(f)中顯示的圖像仍很模糊，而經(jīng)過低、高階校正器先后校正后，能夠分辨出第六圈的第三組條紋，對(duì)應(yīng)80.6cycles/mm，即在望遠(yuǎn)鏡焦面的近紅外波段成像分辨率達(dá)到12.4μm，由于系統(tǒng)在800nm中心波長(zhǎng)處的衍射極限為9.76μm，說明700nm～950nm的I波段的校正效果達(dá)到了1.3倍衍射極限。

綜上，與2米口徑望遠(yuǎn)鏡配套的液晶-變形鏡混合式自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)所獲得的自適應(yīng)光學(xué)成像，分辨率都優(yōu)于2米口徑望遠(yuǎn)鏡在相應(yīng)成像波段的2倍衍射極限分辨率。