[发明专利]人造信标与无波前探测结合的自适应光学系统

说明书

本发明公开了一种人造信标与无波前探测结合的自适应光学系统，包括人造信标发射系统、接收望远镜、人造信标光补偿系统、无波前探测补偿系统，人造信标光补偿系统包括第一波前校正器、第一分光机构、人造信标波前探测器和波前控制器，第一波前校正器与接收望远镜之间设有缩束机构；无波前探测补偿系统包括第二波前校正器、第二分光机构、聚焦物镜、目标性能探测器和优化控制器。采用以上方案，能够充分地利用人造信标进行波前校正和无波前探测的技术特点，有效地提高了系统的适应能力和系统的成像质量，而且具有结构简单紧凑，实现容易的优点，使本发明具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光学装置，具体涉及一种人造信标与无波前探测结合的自适应光学系统。

背景技术

自适应光学(Adaptive Optics,AO)是近20余年来发展起来的新技术。其关键就在于通过探测大气湍流对波前扰动造成的畸变进而对观测目标进行补偿校正。当物体本身亮度不足或者物体等晕角之内没有满足条件的恒星时，需要使用人造信标来进行波前畸变的探测。目前主要的信标有两种：一种是钠信标，利用90km高空的钠原子的共振散射产生的后向散射光作为信标；另一种是瑞利信标，利用5-25km的大气分子的后向瑞利散射作为信标。

利用人造信标对大气湍流产生的畸变进行探测时，在激光束向上传输时受大气湍流的影响使其传输方向产生无规律的变化，波前传感所采样的信标光斑位置相对于望远镜光轴来说是未知量，根据光路可逆，散射光按原方向返回成像望远镜，上下行链路的大气倾斜方向恰好相反互相抵消，从而无法探测大气倾斜的信息。

其次，由于信标的高度有限，利用人造信标进行采样，会存在对湍流采样不完全的缺陷，具体原理如图2所示，此时利用信标采样的湍流信息去校正目标经历的湍流信息，即利用锥形区域的波前信息去代替柱形区域，从而造成波前信息的采样不完全；第三，当观测站址湍流较强时，波前的光强起伏较为剧烈，特别是在水平大气激光通讯或者在很大的天顶角时的天文观测，这样的强湍流会很频繁的发生，此时，波前会产生间断即不连续，将导致传统的波前校正无法正确复原出波前，闭环也不会稳定，以上几点不足严重制约着人造信标自适应光学系统的校正性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种人造信标与无波前探测结合的自适应光学系统，特别适合大气观测条件较差的环境，并大大提高其校正精准度。

其技术方案如下：

一种人造信标与无波前探测结合的自适应光学系统，其关键在于：包括人造信标发射系统、接收望远镜、人造信标光补偿系统、无波前探测补偿系统，接收望远镜用于接收目标光和人造信标发射系统产生的人造信标光，所述人造信标光补偿系统包括第一波前校正器、第一分光机构、人造信标波前探测器和波前控制器，其中波前控制器用于接收人造信标波前探测器的信号并调整第一波前校正器，第一分光机构位于第一波前校正器的反射光路上，人造信标波前探测器位于第一分光机构的反射光路上，所述第一波前校正器与接收望远镜之间设有缩束机构；

所述无波前探测补偿系统包括第二波前校正器、第二分光机构、聚焦物镜、目标性能探测器和优化控制器，其中优化控制器用于接收目标性能探测器的信号并调整第二波前校正器，所述聚焦物镜和目标性能探测器依次设置于第二分光机构的反射光路上，所述第二波前校正器位于第一分光机构的透射光路上，目标光束经第一分光机构透射至第二波前校正器，然后传输至第二分光机构，至少部分目标光经第二分光机构反射后再经聚焦物镜聚焦进入目标性能探测器。

采用以上方案，人造信标发射系统高空中产生的人造信标光与目标光被接收望远镜同时接收，再经过缩束机构变成与后方元器件直径匹配的平行光，然后，光线经过第一波前校正器传输至第一分光机构，人造信标光束经第一分光机构反射进入人造信标波前探测器对大气湍流产生的高阶像差进行实时探测，波前控制器根据探测得到的信号控制第一波前校正器实现对系统的一级闭环校正。