[发明专利]一种嵌套双自适应光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种自适应光学系统，特别是能够克服常规自适应光学系统同时受到外部大气湍流扰动以及动态大幅度的内部像差扰动影响时校正能力不足的缺点，提高系统性能的一种嵌套双自适应光学系统，属于自适应光学技术领域。

背景技术

自适应光学是一门用于实时探测和校正光学系统中的波前像差的卓越技术。其基本原理是采用波前传感器测量波前像差，通过一定的控制算法计算波前校正器的控制信号以调整其面形，从而补偿像差。天文观测是一个自适应光学技术最早被成功运用的领域，其目的是消除由大气湍流引起的波前畸变。随着这门技术的不断发展，它也常被用于激光光束调整，自由空间光通信以及人眼视力改善等方面。除了大气湍流以外，系统常受到由于内部气流运动以及地基震动等因素引起的动态像差(内扰动)的影响。与大气湍流相比，前者通常具有扰动频率低，幅度大等特性。

常规自适应光学系统主要由一个波前传感器，一个波前控制器和一个波前校正器组成。目前，一般采用常规自适应光学系统同时校正内扰动和大气湍流，但当内扰动强度大，频率较高时，会导致由于系统对内扰动的抑制能力不足使得校正效果不能满足要求。新型自适应光学系统常具有多个波前校正器，例如，为了满足天文观测中对大视场的要求，Dicke最早在1988年提出多层共轭自适应光学系统，(R.Dicke,“Phase-contrast detection of telescope seeing errorsand their correction,”Astrophys.J.198,605–615(1975).)它利用位于不同海拔高度的波前探测器探测对应高度层的大气湍流，并用多个与各层共轭的波前校正器进行补偿校正。此外，为了克服波前校正器的大行程和空间高分辨率两者间的矛盾导致校正不足的问题，中国科学院光电技术研究所的胡诗杰等人提出了名称为“一种双波前校正器自适应光学系统”(申请号200510011422.X)的发明专利，将大的低阶像差和相对较小的高阶像差分别交给一个具有大行程，低空间频率的波前校正器的和一个具有小行程，高空间频率的波前校正器进行校正。然而，较之与常规AO系统，这两类多个波前校正器结构系统复杂性的增加主要是为了用具有不同校正能力的波前校正器去对付具有不同特性大气湍流引起的波前像差，对内扰动的影响缺乏有针对性的设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服常规自适应光学系统当存在大幅度内部动态像差扰动时，校正能力不足等问题，采用一种嵌套双自适应光学系统协同工作以消除内扰动和大气湍流的影响。该系统由一套独立的专门校正内部像差扰动内通道自适应光学系统和一套校正大气湍流像差扰动，同时对内通道自适应光学系统校正残余信号进行二次校正的外通道自适应光学系统组成。

本发明解决上述的技术问题采用的技术方案是：一种嵌套双自适应光学系统，主要包括望远镜，信标光源，分光镜，两个波前探测器，两个波前校正器，两个波前控制器，成像系统；其特点在于所述信标光源，第一波前校正器、第一波前探测器和第一波前控制器组成内通道自适应光学系统，其工作波长为λ₁；所述第二波前校正器、第二波前探测器和第二波前控制器组成外通道自适应光学系统，其工作波长为λ₂；信标光受到系统内部像差扰动的影响，经过第一波前校正器校正后的残余波前信号到达第二分光镜，一部分能量经过反射后进入外通道自适应光学系统，另一部分能量经过透射后进入第一波前探测器，第一波前探测器探测到的信息输入到第一波前控制器，经过控制计算后得到第一波前校正器的控制电压信号，从而完成内通道自适应光学系统对内扰动的闭环校正；望远镜接收受到大气湍流影响的目标光，经过缩束系统后，由第一分光镜反射后进入外通道自适应光学系统，其与内通道自适应光学系统校正残余波前相叠加后到达波第二前校正器，经过校正后残余波前信号到达第三分光镜，一部分能量经过反射后进入成像系统，另一部分能量经过透射后进入第二波前探测器，第二波前探测器所探测到的信息输入到第二波前控制器，同样经过控制计算后，得到第二波前校正器的控制电压信号，从而外通道自适应光学系统对大气湍流的闭环校正以及对内扰动的二次校正；所述两个通道自适应光学系统可以独立工作，若没有内通道自适应光学系统，内部像差扰动将由外通道自适应光学系统一并校正；若两个通道同时工作，内通道自适应光学系统校正后的残余波前同大气湍流像差扰动一起进入外通道自适应光学系统进行进一步地校正，形成嵌套结构。

进一步的，所述控制计算的实现步骤如下：