[发明专利]一种晶体相位差波前探测器

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体地说是一种晶体相位差(Phase diversity)波前探测器。

背景技术

相位差(Phase diversity简称PD)是利用焦面和已知像差函数及像差尺度的附加面(一般选用离焦面)上同时采集的一对或多对短曝光图像，通过最优化方法使代价函数最小化，从而估算出目标函数和大气-望远镜综合系统光瞳上的波前相位分布的一种波前探测方法。其中探测器是实现Phase diversity(相位差)的重要组成部分，目前常见的PD(相位差)波前探测器主要有以下几种形式：

第一种：如图1所示，该探测器采用分光棱镜和全反射棱镜的组合，光线经分光棱镜分光，其中50％的光线按原光路透射(离焦像)过去，50％的光线反射(焦面像)，再经全反射棱镜后成像在CCD上，通过棱镜的组合完成分像和光路的折变。由于透射光和反射光光程不同，因此可以在同一采集面上获得焦面像和离焦像，而离焦量的变化则可以通过改变反射棱镜和分光棱镜的距离来调整。这个装置虽然仅使用了一个CCD，但形成离焦像的光束经过两次反射，波前会发生变形(两个平面的面形误差)，另外很难使焦面像和离焦像同时成在一个小尺寸的CCD上。

第二种：如图2所示，该探测器是由固定在一起的具有一定空气间隔的半反射镜和全反射镜组成，光线经过半反射半透射镜时，40％的光线反射(焦面像)，60％的光线透射(离焦像)过去，透射光经反射镜反射后再经过半反射半透射镜(60％透过率)成像在同一个CCD上。该探测器的结构简单，与其它的棱镜结构相比，调节方便；缺点是系统结构复杂，离焦像光束经过的反射面和折射面过多，易引入由于镜面加工带来的面形误差，并且采集到的两个图像的信噪比不相同。

第三种：如图3所示，由多棱镜组合，光线经过第一个分光棱镜后，50％的光线反射(离焦像)，50％的光线透射(焦面像)。反射光线经棱镜转折后，经第二个分光棱镜(1/2镀全反射膜，1/2镀增透膜)反射后成像在CCD上。这套光学系统的好处是可以用一个CCD接收焦面像和离焦像，离焦量也可以自由的调节，可以满足较大离焦量的光学系统；缺点是系统较复杂，反射面和折射面过多，导致引入过多面形误差，且两个图像的信噪比不同，透射光线和反射光线间的距离控制较不方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用晶体的偏振特性来实现“分光”的晶体PD(相位差)波前探测器，可同时获得焦面像和离焦像。

目前常见的PD(相位差)波前探测器采用棱镜分光方式来获得焦面像和离焦像，而对于大多数(90％以上)天文观测目标来说，其偏振特性不明显或基本一致。因此本发明提出了利用晶体的偏振特性来实现“分光”的晶体PD(相位差)波前探测器。

当对偏振特性不明显的目标进行探测时，根据晶体的偏振原理，可将一个汇聚的入射光分成o光(寻常光)和e光(非寻常光)，因为o光和e光折射率不同，使得两者在介质中传输时存在光程差，从而可同时获得焦面像和离焦像，其原理如图4所示。

具体构成为：在CCD探测器前加装一个晶体，该晶体由两块方解石的直角三棱镜粘合而成的，光轴方向相互垂直，其中第一块方解石棱镜的光轴与入射界面平行。

该方法光学系统结构简单，“分光”前光束受到的大气影响相同，分光后在精度范围内焦面像和离焦像受到的由折射面引入的面形误差是一致的，同时可将焦面像和离焦像同时成在一个CCD上，保证了采集图像的同步性和实时性，以及焦面和离焦面图像强度和信噪比相当的特性；另外由于结构简单，易于装调，因此大大降低了探测系统引起的误差。

本发明的晶体PD(相位差)波前探测器与现有技术相比，具有以下优点：

1.结构简单，易于装调，由于只需要一块晶体，所以不需要光学元件间的装调，降低了由装调光学原件引入的系统误差。

2.对于大多数自然目标而言，保证了焦面像和离焦像的信噪比相同。

3.离焦量的调节可通过沿晶体的粘合面移动其中一边的晶体来实现，对于大尺度离焦量的调整，则可在晶体后采用光程补偿方式来实现。

附图说明

图1是棱镜组合PD(相位差)波前探测器原理图。

图2是透射、反射式PD(相位差)波前探测器原理图。

图3是棱镜组合PD(相位差)波前探测器原理图。

图4是本发明的晶体PD(相位差)波前探测器结构原理图。

图1中，1为焦面像，2为离焦像，3为CCD探测器。