[发明专利]多拼接子镜多自由度位移监测系统

说明书

多拼接子镜多自由度位移监测系统属于激光应用技术领域，目的在于解决现有技术存在的问题。本发明包括：光源模块，光源模块将发射的具有频域差的双频激光分束获得m路，顺序使各路导通；p个光学测量模块，每个光学测量模块包括n个一维测量子模块以及多维反射镜组件，光源模块的n路激光分别通过光纤和n个一维测量子模块连接，每个一维测量子模块和多维反射镜组件配合将垂直反射的参考激光和目标激光输入至信息采集与处理模块；以及信息采集与处理模块，考激光和目标激光经信息采集与处理模块处理获得参考光学拍信号以及目标光学拍信号，相位分析系统根据参考光学拍信号以及目标光学拍信号的相位差的改变量计算获得目标的相对位移量。

技术领域

本发明属于激光应用技术领域，具体涉及一种基于光纤开关与波导激光外差干涉的多拼接子镜多自由度位移监测系统。

背景技术

空间大口径望远镜对于我国科技进步与社会发展具有重要的战略性意义。其不仅是研究宇宙演化、生命起源、暗物质与暗能量本质等重大前沿科学问题的关键设备，而且能够用于高分辨率对地遥感，在灾害监测、军事等方面发挥重要作用。

采用拼接式主镜结构已成为未来空间大口径望远镜发展的重要趋势。传统采用单块镜面的空间大口径望远镜在镜面加工、检测、支撑设计与轻量化，以及整个镜体的运输、发射等方面存在很大困难。拼接式镜面结构为解决这些问题提供有效途径，并已被詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)等项目所采用。

然而，采用拼接式主镜结构急剧提高了系统像质对于环境扰动的敏感度，如外热流变化、平台振动等，给系统在轨像质保持带来严峻挑战。有文献指出，若要达到衍射极限分辨率，需要子镜之间共相位误差至少小于1/40个波长。所以，在对拼接式望远镜完成系统调校之后，有必要对子镜各自由度位移进行纳米级高精度连续监测，并相应调整，以持续保证主镜各子镜之间的相对位置精度。

激光外差干涉位移测量方法已经广泛应用于高精度位移测量或检测领域，并且已实现商业化应用。其利用存在频率外差(一般为几百K赫兹)的两束激光干涉所形成的光学拍信号，将对高频率光波(1e+14量级)相位的测量转化为对较低频率光学拍信号相位的测量，利用锁相放大等手段，可准确得到由于目标位移变化引起的拍频信号相位变化量，进而实现目标位移的纳米乃至亚纳米精度测量。

然而，当前激光外差干涉仪在应用于拼接式望远镜多子镜多位移自由度监测时，存在诸多问题。一方面，当前每额外增加一个位移监测目标，激光外差干涉仪便需要增加一套光电探测器以及相应的信号采集与处理电路，而拼接式空间望远镜子镜数量多，一般为十几片，且每个每一片子镜需要监测的位移自由度数量多，一般为3～6个，传统测量模式将需要数量庞大的光电探测器以及极度冗余与复杂的信号处理电路。另一方面，激光外差干涉仪在应用于多子镜多自由度监测时，需要结合拼接式望远镜主镜各子镜的结构、形状与布局形式，对光学测量模块的结构及安装位置进行合理设计。

发明内容

本发明的目的在于提出一种多拼接子镜多自由度位移监测系统，解决现有技术存在的需要数量庞大的光电探测器、冗余复杂的信号处理电路以及需要结合拼接式望远镜主镜各子镜的结构、形状与布局形式，对光学测量模块的结构及安装位置进行设计等问题。

为实现上述目的，本发明的多拼接子镜多自由度位移监测系统包括：

光源模块，所述光源模块将发射的具有频域差的双频激光分束获得m路，顺序使各路导通；

p个光学测量模块，每个所述光学测量模块包括n个一维测量子模块以及多维反射镜组件，光源模块的n路激光分别通过光纤和n个一维测量子模块连接，每个一维测量子模块和所述多维反射镜组件配合将垂直反射的参考激光和目标激光输入至信息采集与处理模块，其中m＝p×n；