[发明专利]一种光强可调的波前倾斜扰动误差模拟器

说明书

技术领域

本发明涉及大气湍流模拟器的技术领域，特别是一种光强可调的波前倾斜扰动误差模拟器，其为可以模拟多个星等的天体目标在经过大气扰动后的波前倾斜扰动模拟器。

背景技术

天文望远镜是观测天体的重要手段，没有天文望远镜的诞生和发展，就没有现代天文学。目前，随着天文望远镜各方面性能的改进和提高，天文学也正经历着巨大的飞跃，迅速推进着人类对宇宙的认识，从而帮助人类对自身和社会的认识。

由于天体发出的平面波需要透过了20千米的大气湍流层这一随机信道后才能被望远镜接收，大气湍流在时间和空间的不稳定会造成平面波扭曲，导致天文望远镜在成像过程中的相位错误，从而影响天文望远镜的角分辨率。1953年，H.W.Babcock提出了能够动态补偿由大气湍流或其他因素造成的成像过程中波前畸变的自适应光学技术，其核心就是使光学系统具有自动适应环境变化，克服动态扰动，保持理想性能的能力。

在光波波前相位误差中，波前整体倾斜占全部相位误差的87%左右，通常采用波前倾斜校正系统来消除由于波前整体倾斜引起的天体目标图像抖动。在波前倾斜校正系统实际应用在望远镜之前，需要在实验室内测试系统的波前倾斜校正性能。传统的波前倾斜校正系统的性能测试方法如图3所示，在高压放大器前输入扰动信号，然后通过测试系统闭环校正该扰动信号的能力来得到系统的性能（如：闭环带宽和闭环误差等指标）。

然而，近年来出现了基于内闭环倾斜镜的波前倾斜校正系统，所谓的内闭环倾斜镜是在传统的倾斜镜内加装了镜面倾斜量传感器和内闭环控制器。内闭环控制器通过接收跟踪控制器输出的倾斜镜需求偏转量与镜面倾斜量传感器输出的倾斜镜的实际镜面偏转量相比较，计算得出需要加载到倾斜镜上的电压修正量，从而实时修正倾斜镜的实际偏转量误差。由于内闭环的采样频率远大于跟踪控制器输出控制信号的频率，所以基于内闭环倾斜镜的波前倾斜校正系统具有比传统波前倾斜校正系统的闭环误差小。然而，在测试基于内闭环倾斜镜的波前倾斜校正系统性能时，由于内闭环单元的存在，如果在跟踪控制器后输入扰动量，内闭环单元会认为扰动量是跟踪控制器的实际输出量而跟随，并不会校正扰动量；如果在高压放大器前输入扰动量，内闭环单元会认为是高压放大器产生的误差而修正，仅能测试内闭环单元的性能，而无法测试系统的整体性能。

因此，需要研究一种波前倾斜扰动模拟器，在基于内闭环倾斜镜的波前倾斜校正系统的前端输入波前倾斜扰动，系统才能正确识别并校正，完成系统性能的测试。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种光强可调的波前倾斜扰动误差模拟器，克服采用传统在高压放大器前加扰动的方法无法测试基于内闭环倾斜镜的波前倾斜校正系统性能的缺点。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种光强可调的波前倾斜扰动误差模拟器，包括单模光纤激光器、准直透镜、全反射镜、波前倾斜调制器、共轭透镜组、波前倾斜控制器、光强控制器和控制计算机，其特征在于：在传统的平行光管中加入了光强控制器、波前倾斜调制器、波前倾斜控制器和共轭透镜组；单模光纤激光器的出射光经准直透镜准直后形成平面波，平面波经全反射镜反射至波前倾斜调制器被动态调制后再反射进入共轭透镜组，最后在模拟器外的波前倾斜调制器的共轭面处得到光强由光强控制器控制和倾斜角度由波前倾斜控制器动态控制的波前；计算机用于给光强控制器和波前倾斜控制器发送参数并监控系统的状态。

所述的波前倾斜调制器既能够是倾斜镜，也能够是液晶调制器这样能够在电压信号控制下调整入射波前整体斜率的器件。

本发明的原理是：基于内闭环倾斜镜的波前倾斜校正系统的校正对象是输入波前的倾斜扰动量，所以可以在倾斜跟踪传感器前输入受控的扰动波前，从而测试基于内闭环倾斜镜的波前倾斜校正系统的性能。所以可以在传统的平行光管中加入了光强控制器、波前倾斜调制器、波前倾斜控制器和共轭透镜组，利用光强控制器调整出射波前的光强；利用波前倾斜控制器和波前倾斜调制器动态控制出射波前的倾斜角度；利用共轭透镜组在模拟器外的波前倾斜调制器共轭面处得到光强和倾斜角度均受控的波前，可以为实验室测试天文自适应光学中基于内闭环倾斜镜的波前倾斜校正系统提供了条件。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1、本发明可以产生光强和倾斜扰动量都可以受控的波前，克服传统在高压放大器前加扰动的方法无法测试基于内闭环倾斜镜的波前倾斜校正系统性能的缺点，为实验室测试天文自适应光学中基于内闭环倾斜镜的波前倾斜校正系统提供了条件。