[发明专利]一种超灵敏光谱成像天文望远镜及天文光谱成像方法

摘要

本发明涉及一种超灵敏光谱成像天文望远镜，包括光学单元和电学单元；其中，所述光学单元包括天文望远镜镜头、空间光调制器、准直部件、光谱分光部件、光谱会聚部件；所述电学单元包括单光子线阵探测器、计数器、随机数发生器、控制模块、数据包存储器以及压缩感知模块；所述准直部件包括收集透镜、光阑、准直透镜。

主权项

一种超灵敏光谱成像天文望远镜，其特征在于，包括光学单元(I)和电学单元(II)；其中，所述光学单元(I)包括天文望远镜镜头(1)、空间光调制器(2)、准直部件(3)、光谱分光部件(4)、光谱会聚部件(5)；所述电学单元(II)包括单光子线阵探测器(6)、计数器(7)、随机数发生器(8)、控制模块(9)、数据包存储器(10)以及压缩感知模块(11)；所述准直部件(3)包括收集透镜(3_1)、光阑(3_2)、准直透镜(3_3)；所述光谱分光部件(4)包括色散分光部件，所述色散分光部件采用包括光栅、棱镜在内的具有分光能力的器件实现；所述光谱分光部件(4)还包括预滤光部件，所述预滤光部件由滤光片实现；从天体传播而来的单光子水平的光信号由所述天文望远镜镜头(1)收集，并成像到所述空间光调制器(2)上；所述空间光调制器(2)对成像在其表面的天文图像进行随机调制，以随机概率将图像上不同位置的光反射到所述准直部件(3)方向；所述空间光调制器(2)随机反射的光首先由所述收集透镜(3_1)会聚到所述光阑(3_2)，限制光斑尺寸，形成近似点光源，然后经过所述准直透镜(3_3)准直形成平行光，照射在所述光谱分光部件(4)上；所述光谱分光部件(4)将不同波长的光向不同方向出射；经过所述光谱会聚部件(5)后不同波长的光会聚到所述光谱会聚部件(5)焦平面上不同位置，由所述电学单元(II)中单光子线阵探测器(6)的不同像素点探测；所述随机数发生器(8)产生随机数用于控制所述空间光调制器(2)，所述空间光调制器(2)根据该随机数实现对光信号的随机调制；所述单光子线阵探测器(6)探测待测极弱光中的单光子，将采集到的单光子信号转换成脉冲形式的电信号后输出；所述计数器(7)记录所述单光子线阵探测器(6)上每个像素发出的代表单光子数目的电脉冲个数；所述控制模块(9)对整个超灵敏天文望远镜进行控制协调，包括对各部件的工作控制和同步脉冲触发信号发射，确保所述计数器(7)和所述空间光调制器(2)同步工作；所述计数器(7)所记录的每个像素的单光子数目和所述随机数发生器(8)生成的随机矩阵全部存入所述数据包存储器(10)中；所述压缩感知模块(11)利用所述数据包存储器(10)中的各个像素的单光子数目以及对应的随机矩阵，并选取稀疏基对不同波长的天文图像进行重建，得到极弱光水平的天文光谱图像。