一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器，包括單模光纖激光器、準(zhǔn)直透鏡、波前傾斜調(diào)制器、光強(qiáng)控制器、波前傾斜控制器和共軛透鏡組；其特征在于：在傳統(tǒng)的平行光管中加入了光強(qiáng)控制器、波前傾斜調(diào)制器、波前傾斜控制器和共軛透鏡組，利用光強(qiáng)控制器調(diào)整出射波前的光強(qiáng)；利用波前傾斜控制器和波前傾斜調(diào)制器動(dòng)態(tài)控制出射波前的傾斜角度；利用共軛透鏡組在模擬器外的波前傾斜調(diào)制器共軛面處得到光強(qiáng)和傾斜角度均受控的波前。本發(fā)明能夠模擬不同星等的天體透過(guò)大氣后的波前傾斜擾動(dòng)，為實(shí)驗(yàn)室測(cè)試天文自適應(yīng)光學(xué)中基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)提供了條件。
【專利說(shuō)明】—種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大氣湍流模擬器的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器，其為可以模擬多個(gè)星等的天體目標(biāo)在經(jīng)過(guò)大氣擾動(dòng)后的波前傾斜擾動(dòng)模擬器。
【背景技術(shù)】
[0002]天文望遠(yuǎn)鏡是觀測(cè)天體的重要手段，沒(méi)有天文望遠(yuǎn)鏡的誕生和發(fā)展，就沒(méi)有現(xiàn)代天文學(xué)。目前，隨著天文望遠(yuǎn)鏡各方面性能的改進(jìn)和提高，天文學(xué)也正經(jīng)歷著巨大的飛躍，迅速推進(jìn)著人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)，從而幫助人類對(duì)自身和社會(huì)的認(rèn)識(shí)。
[0003]由于天體發(fā)出的平面波需要透過(guò)了 20千米的大氣湍流層這一隨機(jī)信道后才能被望遠(yuǎn)鏡接收，大氣湍流在時(shí)間和空間的不穩(wěn)定會(huì)造成平面波扭曲，導(dǎo)致天文望遠(yuǎn)鏡在成像過(guò)程中的相位錯(cuò)誤，從而影響天文望遠(yuǎn)鏡的角分辨率。1953年，H.W.Babcock提出了能夠動(dòng)態(tài)補(bǔ)償由大氣湍流或其他因素造成的成像過(guò)程中波前畸變的自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，其核心就是使光學(xué)系統(tǒng)具有自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境變化，克服動(dòng)態(tài)擾動(dòng)，保持理想性能的能力。
[0004]在光波波前相位誤差中，波前整體傾斜占全部相位誤差的87%左右，通常采用波前傾斜校正系統(tǒng)來(lái)消除由于波前整體傾斜引起的天體目標(biāo)圖像抖動(dòng)。在波前傾斜校正系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用在望遠(yuǎn)鏡之前，需要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)的波前傾斜校正性能。傳統(tǒng)的波前傾斜校正系統(tǒng)的性能測(cè)試方法如圖3所示，在高壓放大器前輸入擾動(dòng)信號(hào)，然后通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)閉環(huán)校正該擾動(dòng)信號(hào)的能力來(lái)得到系統(tǒng)的性能(如:閉環(huán)帶寬和閉環(huán)誤差等指標(biāo))。
[0005]然而，近年來(lái)出現(xiàn)了基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)，所謂的內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡是在傳統(tǒng)的傾斜鏡內(nèi)加裝了鏡面傾斜量傳感器和內(nèi)閉環(huán)控制器。內(nèi)閉環(huán)控制器通過(guò)接收跟蹤控制器輸出的傾斜鏡需求偏轉(zhuǎn)量與鏡面傾斜量傳感器輸出的傾斜鏡的實(shí)際鏡面偏轉(zhuǎn)量相比較，計(jì)算得出需要加載到傾斜鏡上的電壓修正量，從而實(shí)時(shí)修正傾斜鏡的實(shí)際偏轉(zhuǎn)量誤差。由于內(nèi)閉環(huán)的采樣頻率遠(yuǎn)大于跟蹤控制器輸出控制信號(hào)的頻率，所以基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)具有比傳統(tǒng)波前傾斜校正系統(tǒng)的閉環(huán)誤差小。然而，在測(cè)試基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)性能時(shí)，由于內(nèi)閉環(huán)單元的存在，如果在跟蹤控制器后輸入擾動(dòng)量，內(nèi)閉環(huán)單元會(huì)認(rèn)為擾動(dòng)量是跟蹤控制器的實(shí)際輸出量而跟隨，并不會(huì)校正擾動(dòng)量；如果在高壓放大器前輸入擾動(dòng)量，內(nèi)閉環(huán)單元會(huì)認(rèn)為是高壓放大器產(chǎn)生的誤差而修正，僅能測(cè)試內(nèi)閉環(huán)單元的性能，而無(wú)法測(cè)試系統(tǒng)的整體性能。
[0006]因此，需要研究一種波前傾斜擾動(dòng)模擬器，在基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)的前端輸入波前傾斜擾動(dòng)，系統(tǒng)才能正確識(shí)別并校正，完成系統(tǒng)性能的測(cè)試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器，克服采用傳統(tǒng)在高壓放大器前加擾動(dòng)的方法無(wú)法測(cè)試基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)性能的缺點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器，包括單模光纖激光器、準(zhǔn)直透鏡、全反射鏡、波前傾斜調(diào)制器、共軛透鏡組、波前傾斜控制器、光強(qiáng)控制器和控制計(jì)算機(jī)，其特征在于:在傳統(tǒng)的平行光管中加入了光強(qiáng)控制器、波前傾斜調(diào)制器、波前傾斜控制器和共軛透鏡組；單模光纖激光器的出射光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后形成平面波，平面波經(jīng)全反射鏡反射至波前傾斜調(diào)制器被動(dòng)態(tài)調(diào)制后再反射進(jìn)入共軛透鏡組，最后在模擬器外的波前傾斜調(diào)制器的共軛面處得到光強(qiáng)由光強(qiáng)控制器控制和傾斜角度由波前傾斜控制器動(dòng)態(tài)控制的波前；計(jì)算機(jī)用于給光強(qiáng)控制器和波前傾斜控制器發(fā)送參數(shù)并監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)。
[0009]所述的波前傾斜調(diào)制器既能夠是傾斜鏡，也能夠是液晶調(diào)制器這樣能夠在電壓信號(hào)控制下調(diào)整入射波前整體斜率的器件。
[0010]本發(fā)明的原理是:基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)的校正對(duì)象是輸入波前的傾斜擾動(dòng)量，所以可以在傾斜跟蹤傳感器前輸入受控的擾動(dòng)波前，從而測(cè)試基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)的性能。所以可以在傳統(tǒng)的平行光管中加入了光強(qiáng)控制器、波前傾斜調(diào)制器、波前傾斜控制器和共軛透鏡組，利用光強(qiáng)控制器調(diào)整出射波前的光強(qiáng)；利用波前傾斜控制器和波前傾斜調(diào)制器動(dòng)態(tài)控制出射波前的傾斜角度；利用共軛透鏡組在模擬器外的波前傾斜調(diào)制器共軛面處得到光強(qiáng)和傾斜角度均受控的波前，可以為實(shí)驗(yàn)室測(cè)試天文自適應(yīng)光學(xué)中基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)提供了條件。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]1、本發(fā)明可以產(chǎn)生光強(qiáng)和傾斜擾動(dòng)量都可以受控的波前，克服傳統(tǒng)在高壓放大器前加擾動(dòng)的方法無(wú)法測(cè)試基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)性能的缺點(diǎn)，為實(shí)驗(yàn)室測(cè)試天文自適應(yīng)光學(xué)中基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)提供了條件。
[0013]2、本發(fā)明采用共軛透鏡在模擬器外得到波前傾斜調(diào)制器的共軛面，可以消除波前傾斜調(diào)制器在調(diào)制波前傾斜量時(shí)產(chǎn)生的波前位移。
[0014]3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在現(xiàn)有的工藝上容易實(shí)現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器；
[0016]圖2為傳統(tǒng)的平行光管示意圖；
[0017]圖3為傳統(tǒng)的波前傾斜校正系統(tǒng)性能測(cè)試示意圖；
[0018]圖4為基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)性能測(cè)試示意圖。
[0019]圖中:1:單模光纖激光器，2:準(zhǔn)直透鏡，3:全反射鏡，4:波前傾斜調(diào)制器，5:共軛透鏡組，6:波前傾斜控制器，7:光強(qiáng)控制器，8:控制計(jì)算機(jī)，9:全反射鏡，10:傾斜鏡，11:分光鏡，12:波前傾斜探測(cè)器，13:跟蹤控制器，14:高壓放大器，15:全反射鏡，16:平行光管，17:內(nèi)閉環(huán)控制器，18:鏡面傾斜量傳感器，19:一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖具體說(shuō)明本發(fā)明【具體實(shí)施方式】。
[0021]如圖1所示，一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器18由單模光纖激光器1，準(zhǔn)直透鏡2，全反射鏡3，波前傾斜調(diào)制器4，共軛透鏡組5，波前傾斜控制器6，光強(qiáng)控制器7和控制計(jì)算機(jī)8組成。與傳統(tǒng)的平行光管16相比，一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器18增加了光強(qiáng)控制器7、波前傾斜調(diào)制器4、波前傾斜控制器6和共軛透鏡組5。傳統(tǒng)的平行光管(如圖2所示)僅由單模光纖激光器1和準(zhǔn)直透鏡2構(gòu)成，由于缺少本發(fā)明中的波前傾斜調(diào)制器4，波前傾斜控制器6，光強(qiáng)控制器7和控制計(jì)算機(jī)8，所以只能輸入平面波前，而無(wú)法控制平面波前的傾斜量和光強(qiáng)量。
[0022]一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器18在工作時(shí)，控制計(jì)算機(jī)8首先給光強(qiáng)控制器7發(fā)送指令，控制單模光纖激光器1輸出激光的光功率，單模光纖激光器1的出射光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直后形成平面波，平面波經(jīng)全反射鏡3反射至波前傾斜調(diào)制器4處后再反射進(jìn)入共軛透鏡組5并出射。在波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器18外，波前傾斜調(diào)制器4經(jīng)共軛透鏡組5后在形成共軛面處，可以得到傾斜量受到波前傾斜控制器6(由控制計(jì)算機(jī)8給波前傾斜控制器6發(fā)送調(diào)制參數(shù))控制的平面波前。
[0023]一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器18主要用于基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)性能測(cè)試系統(tǒng)。
[0024]如圖3所示，傳統(tǒng)的波前傾斜校正系統(tǒng)通常由傾斜鏡10、分光鏡11、波前傾斜探測(cè)器12、跟蹤控制器13、高壓放大器14和全反射鏡15組成。其中，波前傾斜探測(cè)器12用于探測(cè)波前的傾斜誤差，跟蹤控制器13根據(jù)波前傾斜探測(cè)器12輸出的波前傾斜誤差計(jì)算需要加載到傾斜鏡10上的高壓量并輸出給高壓放大器14，高壓放大器14根據(jù)跟蹤控制器13的輸出的控制量輸出高壓并加載到傾斜鏡10上，傾斜鏡10在高壓的作用下偏轉(zhuǎn)一定的角度從而補(bǔ)償被測(cè)波前的傾斜誤差。由于波前傾斜校正系統(tǒng)需要工作在動(dòng)態(tài)條件下，因此需要實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試整套波前傾斜校正系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)的測(cè)試方法是在傾斜鏡10前加入平行光管16和全反射鏡9，從而為系統(tǒng)輸入平面波，然后在高壓放大器14前加入擾動(dòng)信號(hào)，通過(guò)擾動(dòng)信號(hào)動(dòng)態(tài)改變輸入平面波的傾斜誤差量，最后通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)平面波的傾斜誤差的校正能力從而得到波前傾斜校正系統(tǒng)的性能。
[0025]隨著波前傾斜校正技術(shù)的發(fā)展，如圖4所示，近年來(lái)出現(xiàn)了基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的波前傾斜校正系統(tǒng)相比，基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)在傾斜鏡10的內(nèi)部添加了鏡面傾斜量傳感器18和在外部添加了內(nèi)閉環(huán)控制器17。內(nèi)閉環(huán)控制器17通過(guò)接收跟蹤控制器13輸出的傾斜鏡10需求偏轉(zhuǎn)量與鏡面傾斜量傳感器18輸出的傾斜鏡10的實(shí)際鏡面偏轉(zhuǎn)量相比較，計(jì)算得出需要加載到傾斜鏡10上的電壓修正量，從而實(shí)時(shí)修正傾斜鏡10的實(shí)際偏轉(zhuǎn)量誤差。由于內(nèi)閉環(huán)的采樣頻率遠(yuǎn)大于跟蹤控制器13輸出控制信號(hào)的頻率，所以基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)具有比傳統(tǒng)波前傾斜校正系統(tǒng)的閉環(huán)誤差小。然而，在測(cè)試基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)性能時(shí)，由于內(nèi)閉環(huán)單元的存在，如果在跟蹤控制器13后輸入擾動(dòng)量，內(nèi)閉環(huán)單元會(huì)認(rèn)為擾動(dòng)量是跟蹤控制器13的實(shí)際輸出量而跟隨，并不會(huì)校正擾動(dòng)量；如果在高壓放大器14前輸入擾動(dòng)量，內(nèi)閉環(huán)單元會(huì)認(rèn)為是高壓放大器14產(chǎn)生的誤差而修正，僅能測(cè)試內(nèi)閉環(huán)單元的性能，而無(wú)法測(cè)試系統(tǒng)的整體性能。
[0026]如圖4所示，將一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器18放置在基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)之前，基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)中的傾斜鏡10位于一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器18中波前傾斜調(diào)制器4的共軛面上。由于一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器18可以在控制計(jì)算機(jī)8的控制下，動(dòng)態(tài)產(chǎn)生傾斜量和光強(qiáng)都受控的平面波前，因此，通過(guò)測(cè)試基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)中的傾斜鏡10對(duì)一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器18產(chǎn)生的不同頻率、幅度以及光強(qiáng)的波前誤差量的校正能力來(lái)得到基于內(nèi)閉環(huán)傾斜鏡的波前傾斜校正系統(tǒng)的整體性能。
[0027]本發(fā)明未詳細(xì)公開(kāi)的部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。
[0028]盡管上面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見(jiàn)的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器，包括單模光纖激光器(1)、準(zhǔn)直透鏡(2)、全反射鏡(3)、波前傾斜調(diào)制器(4)、共軛透鏡組(5)、波前傾斜控制器(6)、光強(qiáng)控制器(7)和控制計(jì)算機(jī)(8)，其特征在于:在傳統(tǒng)的平行光管中加入了光強(qiáng)控制器(7)、波前傾斜調(diào)制器(4)、波前傾斜控制器(6)和共軛透鏡組(5);單模光纖激光器(1)的出射光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(2)準(zhǔn)直后形成平面波，平面波經(jīng)全反射鏡(3)反射至波前傾斜調(diào)制器(4)被動(dòng)態(tài)調(diào)制后再反射進(jìn)入共軛透鏡組(5)，最后在模擬器外的波前傾斜調(diào)制器(4)的共軛面處得到光強(qiáng)由光強(qiáng)控制器(7 )控制和傾斜角度由波前傾斜控制器(6 )動(dòng)態(tài)控制的波前；計(jì)算機(jī)(8 )用于給光強(qiáng)控制器(7)和波前傾斜控制器(6)發(fā)送參數(shù)并監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光強(qiáng)可調(diào)的波前傾斜擾動(dòng)誤差模擬器，其特征在于:所述的波前傾斜調(diào)制器(4)既能夠是傾斜鏡，也能夠是液晶調(diào)制器在電壓信號(hào)控制下調(diào)整入射波前整體斜率的器件。
【文檔編號(hào)】G01M11/00GK103630330SQ201310538190
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】馬曉燠, 饒長(zhǎng)輝, 鮮浩, 魏凱, 田雨 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所