[发明专利]一种拼接望远镜共相位控制装置及控制方法

说明书

本发明涉及一种拼接望远镜共相位控制装置及控制方法，其中，所述装置包括：拼接望远镜；第一分束器，其接收所述出射光线，并生成第一分光束和第二分光束；波前探测器，其探测所述第一分光束，并获得各所述拼接子镜传输路径上的系统像差数据以及波前畸变像差数据；第二分束器，其接收所述第二分光束，并生成第三分光束和第四分光束；平移误差探测器，其探测所述第三分光束，并采集各对所述拼接子镜之间的色散干涉条纹；以及与所述波前探测器、平移误差探测器以及分离可变形次镜的驱动器连接的波前控制器。本发明可以有效实现平移、倾斜及高阶像差的实时探测和补偿校正，与目前同类系统中的技术相比具有更好的准确性与实时性。

技术领域

本发明涉及一种拼接望远镜共相位控制装置及控制方法。

背景技术

利用高空间分辨率的望远镜更好地观测天体、宇宙是天文学家的梦想，也是天文仪器建造者追求的目标。望远镜的空间分辨率与其口径成正比，即，口径越大，望远镜的分辨率越高。目前建造8米以上单镜面望远镜已经受制造工艺、制造成本等因素的限制，若想提高望远镜的空间分辨率，可采用拼接镜技术来建造更大口径的望远镜，例如美国三十米(TMT)望远镜，地基极大望远镜(GMT)等都采用了拼接镜技术。

拼接望远镜在航天遥感、军事和天文等领域具有巨大的应用潜力。这种望远镜不需要大行程的延迟线检测与光程差补偿，结构紧凑，可瞬时直接成像。来自拼接子镜的各子光束必须在系统焦面上同位相相干叠加，且其位相差需要控制在十分之一波长范围内，这是望远镜实现干涉成像从而获得接近衍射极限分辨率的前提条件。拼接望远镜中的平移误差探测与控制技术已成为相关领域研究的热点之一。目前，已提出的平移误差探测技术主要包括以下几种：

1、干涉仪法

中国科学院光电技术研究所宋贺伦等人采用白光和单色光切换的泰曼格林干涉仪对子镜平移误差进行检测，检测范围达到50μm，检测精度为6nm(参见：用于拼接子镜相位误差检测的低相干光谱干涉系统分析，2008，应用光学，29 298)。此类方法测量范围大，精度高，但干涉仪体积大，结构复杂。

2、相位差法

中国科学院光电技术研究所罗群等人将相位差法应用于平移误差检测，取得了λ/20的检测精度(参见：相位差波前检测方法应用于平移误差检测的实验研究，2012，物理学报，61 0695011)。但相位差法测量范围小，在一个波长范围内，难以解决2π模糊性问题。

3、色散条纹法

美国加州理工大学喷气动力实验室Fang Shi等人提出了色散条纹法，用于Keck拼接望远镜子镜间的共相位检测(参见：Experimental verification of dispersed fringesensing as a segment phasing technique using the Keck telescope，AppliedOptics Vol.43,Issue 23,pp.4474-4481(2004))。仿真计算和实验结果表明该方法的测量范围大，测量精度优于0.1μm。但当绝对平移误差小于半个波长时，该方法失效。

在申请号为200810000577.7的中国专利申请中提出了一种用于绝对距离测量的二维色散条纹分析方法，该方法测量范围大，测量精度高。但该方法中需要标定绝对距离为零时的各波长对应的主峰位置，这在实际实用时难以实现，原因在于：首先，控制两子镜间的绝对距离为零是一件很困难的事情，必须借助其他的检测手段；其次，标定光路与实际测量光路通常是两条不同的光路，再或者温度变化、外界振动、大气湍流等因素的存在，都会导致标定绝对距离为零时的各波长对应的主峰位置与实际系统中各波长对应的主峰位置有较大偏差，从而最终导致整个色散条纹分析方法失效。

4、基于远场相似度的相位平移误差方法