一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器的製造方法
2023-06-07 16:51:16
一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器，包括單模光纖雷射器、準直透鏡、波前傾斜調製器、光強控制器、波前傾斜控制器和共軛透鏡組；其特徵在於：在傳統的平行光管中加入了光強控制器、波前傾斜調製器、波前傾斜控制器和共軛透鏡組，利用光強控制器調整出射波前的光強；利用波前傾斜控制器和波前傾斜調製器動態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製器共軛面處得到光強和傾斜角度均受控的波前。本發明能夠模擬不同星等的天體透過大氣後的波前傾斜擾動，為實驗室測試天文自適應光學中基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統提供了條件。
【專利說明】—種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器
【技術領域】
[0001]本發明涉及大氣湍流模擬器的【技術領域】，特別是一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器，其為可以模擬多個星等的天體目標在經過大氣擾動後的波前傾斜擾動模擬器。
【背景技術】
[0002]天文望遠鏡是觀測天體的重要手段，沒有天文望遠鏡的誕生和發展，就沒有現代天文學。目前，隨著天文望遠鏡各方面性能的改進和提高，天文學也正經歷著巨大的飛躍，迅速推進著人類對宇宙的認識，從而幫助人類對自身和社會的認識。
[0003]由於天體發出的平面波需要透過了 20千米的大氣湍流層這一隨機信道後才能被望遠鏡接收，大氣湍流在時間和空間的不穩定會造成平面波扭曲，導致天文望遠鏡在成像過程中的相位錯誤，從而影響天文望遠鏡的角解析度。1953年，H.W.Babcock提出了能夠動態補償由大氣湍流或其他因素造成的成像過程中波前畸變的自適應光學技術，其核心就是使光學系統具有自動適應環境變化，克服動態擾動，保持理想性能的能力。
[0004]在光波波前相位誤差中，波前整體傾斜佔全部相位誤差的87%左右，通常採用波前傾斜校正系統來消除由于波前整體傾斜引起的天體目標圖像抖動。在波前傾斜校正系統實際應用在望遠鏡之前，需要在實驗室內測試系統的波前傾斜校正性能。傳統的波前傾斜校正系統的性能測試方法如圖3所示，在高壓放大器前輸入擾動信號，然後通過測試系統閉環校正該擾動信號的能力來得到系統的性能(如:閉環帶寬和閉環誤差等指標)。
[0005]然而，近年來出現了基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統，所謂的內閉環傾斜鏡是在傳統的傾斜鏡內加裝了鏡面傾斜量傳感器和內閉環控制器。內閉環控制器通過接收跟蹤控制器輸出的傾斜鏡需求偏轉量與鏡面傾斜量傳感器輸出的傾斜鏡的實際鏡面偏轉量相比較，計算得出需要加載到傾斜鏡上的電壓修正量，從而實時修正傾斜鏡的實際偏轉量誤差。由於內閉環的採樣頻率遠大於跟蹤控制器輸出控制信號的頻率，所以基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統具有比傳統波前傾斜校正系統的閉環誤差小。然而，在測試基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統性能時，由於內閉環單元的存在，如果在跟蹤控制器後輸入擾動量，內閉環單元會認為擾動量是跟蹤控制器的實際輸出量而跟隨，並不會校正擾動量；如果在高壓放大器前輸入擾動量，內閉環單元會認為是高壓放大器產生的誤差而修正，僅能測試內閉環單元的性能，而無法測試系統的整體性能。
[0006]因此，需要研究一種波前傾斜擾動模擬器，在基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統的前端輸入波前傾斜擾動，系統才能正確識別並校正，完成系統性能的測試。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題是:提供一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器，克服採用傳統在高壓放大器前加擾動的方法無法測試基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統性能的缺點。
[0008]本發明解決上述技術問題採用的技術方案是:一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器，包括單模光纖雷射器、準直透鏡、全反射鏡、波前傾斜調製器、共軛透鏡組、波前傾斜控制器、光強控制器和控制計算機，其特徵在於:在傳統的平行光管中加入了光強控制器、波前傾斜調製器、波前傾斜控制器和共軛透鏡組；單模光纖雷射器的出射光經準直透鏡準直後形成平面波，平面波經全反射鏡反射至波前傾斜調製器被動態調製後再反射進入共軛透鏡組，最後在模擬器外的波前傾斜調製器的共軛面處得到光強由光強控制器控制和傾斜角度由波前傾斜控制器動態控制的波前；計算機用於給光強控制器和波前傾斜控制器發送參數並監控系統的狀態。
[0009]所述的波前傾斜調製器既能夠是傾斜鏡，也能夠是液晶調製器這樣能夠在電壓信號控制下調整入射波前整體斜率的器件。
[0010]本發明的原理是:基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統的校正對象是輸入波前的傾斜擾動量，所以可以在傾斜跟蹤傳感器前輸入受控的擾動波前，從而測試基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統的性能。所以可以在傳統的平行光管中加入了光強控制器、波前傾斜調製器、波前傾斜控制器和共軛透鏡組，利用光強控制器調整出射波前的光強；利用波前傾斜控制器和波前傾斜調製器動態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製器共軛面處得到光強和傾斜角度均受控的波前，可以為實驗室測試天文自適應光學中基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統提供了條件。
[0011]本發明與現有技術相比有如下優點:
[0012]1、本發明可以產生光強和傾斜擾動量都可以受控的波前，克服傳統在高壓放大器前加擾動的方法無法測試基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統性能的缺點，為實驗室測試天文自適應光學中基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統提供了條件。
[0013]2、本發明採用共軛透鏡在模擬器外得到波前傾斜調製器的共軛面，可以消除波前傾斜調製器在調製波前傾斜量時產生的波前位移。
[0014]3、本發明結構簡單，在現有的工藝上容易實現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器；
[0016]圖2為傳統的平行光管示意圖；
[0017]圖3為傳統的波前傾斜校正系統性能測試示意圖；
[0018]圖4為基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統性能測試示意圖。
[0019]圖中:1:單模光纖雷射器，2:準直透鏡，3:全反射鏡，4:波前傾斜調製器，5:共軛透鏡組，6:波前傾斜控制器，7:光強控制器，8:控制計算機，9:全反射鏡，10:傾斜鏡，11:分光鏡，12:波前傾斜探測器，13:跟蹤控制器，14:高壓放大器，15:全反射鏡，16:平行光管，17:內閉環控制器，18:鏡面傾斜量傳感器，19:一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖具體說明本發明【具體實施方式】。
[0021]如圖1所示，一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器18由單模光纖雷射器1，準直透鏡2，全反射鏡3，波前傾斜調製器4，共軛透鏡組5，波前傾斜控制器6，光強控制器7和控制計算機8組成。與傳統的平行光管16相比，一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器18增加了光強控制器7、波前傾斜調製器4、波前傾斜控制器6和共軛透鏡組5。傳統的平行光管(如圖2所示)僅由單模光纖雷射器1和準直透鏡2構成，由於缺少本發明中的波前傾斜調製器4，波前傾斜控制器6，光強控制器7和控制計算機8，所以只能輸入平面波前，而無法控制平面波前的傾斜量和光強量。
[0022]一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器18在工作時，控制計算機8首先給光強控制器7發送指令，控制單模光纖雷射器1輸出雷射的光功率，單模光纖雷射器1的出射光經準直透鏡2準直後形成平面波，平面波經全反射鏡3反射至波前傾斜調製器4處後再反射進入共軛透鏡組5並出射。在波前傾斜擾動誤差模擬器18外，波前傾斜調製器4經共軛透鏡組5後在形成共軛面處，可以得到傾斜量受到波前傾斜控制器6(由控制計算機8給波前傾斜控制器6發送調製參數)控制的平面波前。
[0023]一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器18主要用於基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統性能測試系統。
[0024]如圖3所示，傳統的波前傾斜校正系統通常由傾斜鏡10、分光鏡11、波前傾斜探測器12、跟蹤控制器13、高壓放大器14和全反射鏡15組成。其中，波前傾斜探測器12用於探測波前的傾斜誤差，跟蹤控制器13根據波前傾斜探測器12輸出的波前傾斜誤差計算需要加載到傾斜鏡10上的高壓量並輸出給高壓放大器14，高壓放大器14根據跟蹤控制器13的輸出的控制量輸出高壓並加載到傾斜鏡10上，傾斜鏡10在高壓的作用下偏轉一定的角度從而補償被測波前的傾斜誤差。由于波前傾斜校正系統需要工作在動態條件下，因此需要實驗室內測試整套波前傾斜校正系統的性能。傳統的測試方法是在傾斜鏡10前加入平行光管16和全反射鏡9，從而為系統輸入平面波，然後在高壓放大器14前加入擾動信號，通過擾動信號動態改變輸入平面波的傾斜誤差量，最後通過測試系統對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的性能。
[0025]隨著波前傾斜校正技術的發展，如圖4所示，近年來出現了基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統。與傳統的波前傾斜校正系統相比，基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統在傾斜鏡10的內部添加了鏡面傾斜量傳感器18和在外部添加了內閉環控制器17。內閉環控制器17通過接收跟蹤控制器13輸出的傾斜鏡10需求偏轉量與鏡面傾斜量傳感器18輸出的傾斜鏡10的實際鏡面偏轉量相比較，計算得出需要加載到傾斜鏡10上的電壓修正量，從而實時修正傾斜鏡10的實際偏轉量誤差。由於內閉環的採樣頻率遠大於跟蹤控制器13輸出控制信號的頻率，所以基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統具有比傳統波前傾斜校正系統的閉環誤差小。然而，在測試基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統性能時，由於內閉環單元的存在，如果在跟蹤控制器13後輸入擾動量，內閉環單元會認為擾動量是跟蹤控制器13的實際輸出量而跟隨，並不會校正擾動量；如果在高壓放大器14前輸入擾動量，內閉環單元會認為是高壓放大器14產生的誤差而修正，僅能測試內閉環單元的性能，而無法測試系統的整體性能。
[0026]如圖4所示，將一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器18放置在基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統之前，基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統中的傾斜鏡10位於一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器18中波前傾斜調製器4的共軛面上。由於一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器18可以在控制計算機8的控制下，動態產生傾斜量和光強都受控的平面波前，因此，通過測試基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統中的傾斜鏡10對一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器18產生的不同頻率、幅度以及光強的波前誤差量的校正能力來得到基於內閉環傾斜鏡的波前傾斜校正系統的整體性能。
[0027]本發明未詳細公開的部分屬於本領域的公知技術。
[0028]儘管上面對本發明說明性的【具體實施方式】進行了描述，以便於本技術領的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限於【具體實施方式】的範圍，對本【技術領域】的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和範圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
【權利要求】
1.一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器，包括單模光纖雷射器(1)、準直透鏡(2)、全反射鏡(3)、波前傾斜調製器(4)、共軛透鏡組(5)、波前傾斜控制器(6)、光強控制器(7)和控制計算機(8)，其特徵在於:在傳統的平行光管中加入了光強控制器(7)、波前傾斜調製器(4)、波前傾斜控制器(6)和共軛透鏡組(5);單模光纖雷射器(1)的出射光經準直透鏡(2)準直後形成平面波，平面波經全反射鏡(3)反射至波前傾斜調製器(4)被動態調製後再反射進入共軛透鏡組(5)，最後在模擬器外的波前傾斜調製器(4)的共軛面處得到光強由光強控制器(7 )控制和傾斜角度由波前傾斜控制器(6 )動態控制的波前；計算機(8 )用於給光強控制器(7)和波前傾斜控制器(6)發送參數並監控系統的狀態。
2.根據權利要求1所述的一種光強可調的波前傾斜擾動誤差模擬器，其特徵在於:所述的波前傾斜調製器(4)既能夠是傾斜鏡，也能夠是液晶調製器在電壓信號控制下調整入射波前整體斜率的器件。
【文檔編號】G01M11/00GK103630330SQ201310538190
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月4日 優先權日:2013年11月4日
【發明者】馬曉燠, 饒長輝, 鮮浩, 魏凱, 田雨 申請人:中國科學院光電技術研究所