一種拼接望遠(yuǎn)鏡共相位控制裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種拼接望遠(yuǎn)鏡共相位控制裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用高空間分辨率的望遠(yuǎn)鏡更好地觀測天體、宇宙是天文學(xué)家的夢想，也是天文 儀器建造者追求的目標(biāo)。望遠(yuǎn)鏡的空間分辨率與其口徑成正比，即，口徑越大，望遠(yuǎn)鏡的分 辨率越高。目前建造8米以上單鏡面望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)受制造工藝、制造成本等因素的限制，若想 提高望遠(yuǎn)鏡的空間分辨率，可采用拼接鏡技術(shù)來建造更大口徑的望遠(yuǎn)鏡，例如美國三十米 (TMT)望遠(yuǎn)鏡，地基極大望遠(yuǎn)鏡(GMT)等都采用了拼接鏡技術(shù)。
[0003] 拼接望遠(yuǎn)鏡在航天遙感、軍事和天文等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。這種望遠(yuǎn)鏡不 需要大行程的延遲線檢測與光程差補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)緊湊，可瞬時(shí)直接成像。來自拼接子鏡的各子 光束必須在系統(tǒng)焦面上同位相相干疊加，且其位相差需要控制在十分之一波長范圍內(nèi)，這 是望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)干涉成像從而獲得接近衍射極限分辨率的前提條件。拼接望遠(yuǎn)鏡中的平移誤 差探測與控制技術(shù)已成為相關(guān)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。目前，已提出的平移誤差探測技術(shù)主 要包括以下幾種：
[0004] 1、干涉儀法
[0005] 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所宋賀倫等人采用白光和單色光切換的泰曼格林干涉 儀對子鏡平移誤差進(jìn)行檢測，檢測范圍達(dá)到50μπι，檢測精度為6nm(參見：用于拼接子鏡相位 誤差檢測的低相干光譜干涉系統(tǒng)分析，2008,應(yīng)用光學(xué)，29 298)。此類方法測量范圍大，精 度高，但干涉儀體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
[0006] 2、相位差法
[0007] 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所羅群等人將相位差法應(yīng)用于平移誤差檢測，取得了 λ/ 20的檢測精度(參見：相位差波前檢測方法應(yīng)用于平移誤差檢測的實(shí)驗(yàn)研究，2012,物理學(xué) 報(bào)，61 0695011)。但相位差法測量范圍小，在一個(gè)波長范圍內(nèi)，難以解決2JT模糊性問題。
[0008] 3、色散條紋法
[0009] 美國加州理工大學(xué)噴氣動力實(shí)驗(yàn)室Fang Shi等人提出了色散條紋法，用于Keck拼 接望遠(yuǎn)鏡子鏡間的共相位檢測（參見〖Experimental verification of dispersed fringe sensing as a segment phasing technique using the Keck telescope, Applied Optics Vol · 43，Issue 23，pp · 4474-4481 (2004))。仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法的測量 范圍大，測量精度優(yōu)于Ο.?μπι。但當(dāng)絕對平移誤差小于半個(gè)波長時(shí)，該方法失效。
[0010] 在申請?zhí)枮?00810000577.7的中國專利申請中提出了一種用于絕對距離測量的 二維色散條紋分析方法，該方法測量范圍大，測量精度高。但該方法中需要標(biāo)定絕對距離為 零時(shí)的各波長對應(yīng)的主峰位置，這在實(shí)際實(shí)用時(shí)難以實(shí)現(xiàn)，原因在于:首先，控制兩子鏡間 的絕對距離為零是一件很困難的事情，必須借助其他的檢測手段;其次，標(biāo)定光路與實(shí)際測 量光路通常是兩條不同的光路，再或者溫度變化、外界振動、大氣湍流等因素的存在，都會 導(dǎo)致標(biāo)定絕對距離為零時(shí)的各波長對應(yīng)的主峰位置與實(shí)際系統(tǒng)中各波長對應(yīng)的主峰位置 有較大偏差，從而最終導(dǎo)致整個(gè)色散條紋分析方法失效。
[0011] 4、基于遠(yuǎn)場相似度的相位平移誤差方法
[0012] 在申請?zhí)枮?01110070546.0的中國專利申請中提出了一種基于遠(yuǎn)場相似度的稀 疏光學(xué)合成孔徑成像系統(tǒng)的相位平移誤差校正裝置。雖然該校正裝置可以解決相位平移誤 差探測中的符號判斷及231模糊性問題，但是該校正的實(shí)現(xiàn)也需要標(biāo)定絕對距離為零時(shí)的主 峰位置，因此會面臨同上述色散條紋法一樣的難題，而且該方法的探測范圍小。
[0013] 鑒于上述情況，目前需要對實(shí)現(xiàn)拼接望遠(yuǎn)鏡共相位的方法進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種拼接望遠(yuǎn)鏡共相位控制 裝置及控制方法，以克服現(xiàn)有相位平移誤差探測技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)拼接望遠(yuǎn)鏡中的平移、傾 斜及高階像差的實(shí)時(shí)探測和補(bǔ)償校正。
[0015] 本發(fā)明之一所述的一種拼接望遠(yuǎn)鏡共相位控制裝置，其包括：
[0016] 拼接望遠(yuǎn)鏡，其接收外圍的入射光線，并生成平行的出射光線，所述拼接望遠(yuǎn)鏡包 括帶有驅(qū)動器的分離可變形次鏡以及若干個(gè)拼接子鏡；
[0017] 第一分束器，其接收所述出射光線，并生成第一分光束和第二分光束；
[0018] 波前探測器，其探測所述第一分光束，并獲得各所述拼接子鏡傳輸路徑上的系統(tǒng) 像差數(shù)據(jù)以及波前畸變像差數(shù)據(jù)；
[0019] 第二分束器，其接收所述第二分光束，并生成第三分光束和第四分光束；
[0020] 平移誤差探測器，其探測所述第三分光束，并采集各對所述拼接子鏡之間的色散 干涉條紋；以及
[0021] 與所述波前探測器、平移誤差探測器以及分離可變形次鏡的驅(qū)動器連接的波前控 制器，其一方面接收并根據(jù)各所述拼接子鏡傳輸路徑上的系統(tǒng)像差數(shù)據(jù)以及波前畸變像差 數(shù)據(jù)，向所述分離可變形次鏡的驅(qū)動器輸出第一驅(qū)動電壓，以驅(qū)動所述分離可變形次鏡產(chǎn) 生相應(yīng)的形變以對各所述拼接子鏡傳輸路徑上的系統(tǒng)像差以及波前畸變像差進(jìn)行補(bǔ)償校 正;其另一方面接收并根據(jù)各對所述拼接子鏡之間的色散干涉條紋，計(jì)算獲得各對所述拼 接子鏡之間的相位平移誤差，并根據(jù)各對所述拼接子鏡之間的相位平移誤差，向所述分離 可變形次鏡的驅(qū)動器輸出第二驅(qū)動電壓，以驅(qū)動所述分離可變形次鏡產(chǎn)生平移以對各對所 述拼接子鏡之間的相位平移誤差進(jìn)行補(bǔ)償校正。
[0022] 在上述的拼接望遠(yuǎn)鏡共相位控制裝置中，所述平移誤差探測器包括:依次排列的 光闌模塊、濾光片元件、色散模塊、消色差透鏡以及科學(xué)級相機(jī)，其中，所述光闌模塊接收所 述第三分光束，所述科學(xué)級相機(jī)采集所述拼接子鏡之間的色散干涉條紋。
[0023] 在上述的拼接望遠(yuǎn)鏡共相位控制裝置中，所述色散模塊為棱鏡、光柵或棱柵。
[0024] 在上述的拼接望遠(yuǎn)鏡共相位控制裝置中，所述拼接子鏡被配置為接收并反射所述 入射光線，所述分離可變形次鏡被配置為接收被所述拼接子鏡反射的入射光線，所述分離 可變形次鏡包括若干個(gè)相互獨(dú)立的變形鏡，且所述若干個(gè)變形鏡的排布方式與所述若干個(gè) 拼接子鏡的排布方式一致，所述拼接望遠(yuǎn)鏡還包括：目鏡，其接收被所述分離可變形次鏡再 次反射的入射光線，并生成所述出射光線。
[0025] 在上述的拼接望遠(yuǎn)鏡共相位控制裝置中，所述的拼接望遠(yuǎn)鏡為卡賽格林式反射望 遠(yuǎn)鏡。
[0026] 在上述的拼接望遠(yuǎn)鏡共相位控制裝置中，所述波前探測器為哈特曼-夏克波前傳 感器、棱錐波前傳感器或干涉儀。
[0027] 在上述的拼接望遠(yuǎn)鏡共相位控制裝置中，所述裝置還包括用于觀測所述第四分光 束的成像系統(tǒng)。
[0028] 在上述的拼接望遠(yuǎn)鏡共相位控制裝置中，所述入射光線為星光或?qū)拵Ч狻?br>[0029] 本發(fā)明之二所述的一種拼接望遠(yuǎn)鏡共相位控制方法，其特征