[发明专利]光束折叠式液晶自适应光学系统的设计方法

摘要

本发明属于自适应光学领域，是一种光束折叠式液晶自适应光学成像系统的设计方法。如图1所示，本发明通过引入多个离轴抛物面镜和反射镜组合多次折叠光束，缩小了系统体积。由于哈特曼探测器与液晶校正器为前馈控制，在响应信号测量时必须切换为反馈控制，通过第四离轴抛物面镜13移出光路、对准第三离轴抛物面镜12出射的平行光束在探测支路插入45°放置的第五反射镜18，使通过液晶校正器10的光束被折轴进入哈特曼波前探测器17中、且从第三透镜16出射的光束被截止，同时令快速振镜4只作为普通反射镜，实现了自适应成像光路与液晶校正器响应信号测量光路间的切换，很好地避免了切换前后自适应系统中间光路的对准错位问题。

主权项

一种适用于大口径望远镜的光束折叠式液晶自适应光学系统的设计方法，其特征是：主光学系统由第一反射镜(1)、第一抛物面镜(2)、第二反射镜(3)、快速振镜(4)、分色镜(5)、第二抛物面镜(6)、第三反射镜(7)、第一透镜(8)、PBS偏振分束器(9)、液晶校正器(10)、第四反射镜(11)、第三抛物面镜(12)、第四抛物面镜(13)、成像CCD(14)、第二透镜(15)、第三透镜(16)、哈特曼波前探测器(17)组成；第一抛物面镜(2)的前焦点与望远镜的出射焦点(20)重合；分色镜(5)为短波通分色镜，分色镜(5)之后是互为垂直的波前探测支路和校正成像支路；在波前探测支路，第二透镜(15)和第三透镜(16)共焦面，快速振镜(4)到第二透镜(15)的光路长度为第二透镜(15)的焦距，第三透镜(16)到哈特曼波前探测器(17)的距离为第三透镜(16)的焦距；在校正成像支路，第二离轴抛物面镜(6)与第一透镜(8)共焦面；第三反射镜(7)的反射角度与第二离轴抛物面镜(6)的反射角度相同，使光束在到达第二离轴抛物面镜(6)前和从第三反射镜(7)出射后的光轴相互平行；第一透镜(8)的轴线相对第三反射镜(7)后的光束轴线上移一段距离，这段距离约为第一透镜(8)焦距的0.035～0.052倍，使得通过第一透镜(8)的光束为偏心入射，然后产生约2°～3°的倾斜出射，以这个入射角通过PBS偏振分束器(9)被分成透射P偏振光和反射S偏振光，在平行P偏振方向设置液晶校正器(10)的e光光轴、即液晶取向方向；经液晶校正器(10)校正后的P偏振光束被反射回PBS偏振分束器(9)，且与未经校正光束的倾斜方向反向倾斜2°～3°再次偏心通过第一透镜(8)，使光束到达第四反射镜(11)时正好与第三反射镜(7)上的入射光束分开；第四反射镜(11)与第三抛物面镜(12)所构成的光路完全和第三反射镜(7)与第二抛物面镜(6)构成的光路对称，从第四反射镜(11)反射的校正后光束经过第三离轴抛物面镜(12)后，再次变为与哈特曼波前探测器(17)接收口径相同的平行光束入射到第四离轴抛物面镜(13)上，经第四离轴抛物面镜(13)汇聚于成像CCD相机(14)上；上述光路中的快速振镜(4)、哈特曼波前探测器(17)、液晶校正器(10)和成像CCD相机(14)均与存有自适应控制软件的工控机相连；在自适应校正成像过程之前，需用哈特曼波前探测器(17)测量快速振镜(4)和液晶校正器(10)的标准驱动响应信号，因此将点光源氙灯(19)放置在第一离轴抛物面镜(2)的前焦点处，同时将望远镜接收的光束截断使其不能进入系统光路；测量快速振镜(4)的标准驱动响应信号，并将测得的响应信号存入工控机的数据库中；然后测量液晶校正器(10)的响应信号：将第四离轴抛物面镜(13)从光路中移出，然后将第五反射镜(18)移入光路，其与哈特曼波前探测器(17)的入射光轴成45°角放置，则从第三离轴抛物面镜(12)出射的平行光束经第五反射镜(18)反射进入哈特曼波前探测器(17)中，而从第三透镜(16)出射的光束被截止，同时令快速振镜(4)只作为普通反射镜，保证只有通过液晶校正器(10)的光束进入哈特曼波前探测器(17)，用一系列Zernike模式驱动液晶校正器(10)，在哈特曼波前探测器(17)上获得相应的一系列响应信号，将测得的液晶校正器(10)的一系列响应信号存入工控机的数据库中；将点光源氙灯(19)、第五反射镜(18)移出光路，第四离轴抛物面镜(13)移进光路，恢复为与望远镜连接的光学波前自适应校正成像系统。