[发明专利]一种基于钠层结构化信标的自适应光学校正装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于钠层结构化信标的自适应光学校正装置及方法，属自适应光学技术研究领域，用于大气湍流所致光波前畸变的探测和校正。本发明所述装置包括结构化钠激光光束阵列产生装置、地面望远镜系统、波前畸变提取装置、波前畸变校正装置。本发明不存在聚焦非等晕效应，不需要用以哈特曼传感器为代表的分孔径方式探测波前，而是全孔径接收后向散射光子，因而对后向散射光子密度要求不高，且特别适用于大视场工作。本发明为大口径地基望远镜自适应光学技术提供了一种全新的波前畸变探测方法。

主权项

一种基于钠层结构化信标的自适应光学校正装置，其特征在于：该装置包括结构化钠激光光束阵列产生装置、地面望远镜系统、波前畸变提取装置、波前畸变校正装置；所述结构化钠激光光束阵列产生装置包括589nm钠激光器(11)、分光元件(12)、准直透镜(13)，所述地面望远镜系统包括倾斜镜(21)、透镜(22)、摆镜(23)、收发望远镜(24)，所述波前畸变提取装置包括分光镜(31)、一号聚焦透镜(32)、一号CCD相机(33)、计算机(34)，所述波前畸变校正装置包括变形镜(41)、589nm滤光片(42)、二号聚焦透镜(43)、二号CCD相机(44)、计算机(34)；589nm钠激光器(11)出射激光经分光元件(12)分为由若干子光束组成的钠激光光束阵列，经准直透镜(13)准直后，钠激光光束阵列入射到倾斜镜(21)表面，此时倾斜镜(21)的法线处于与水平方向成135度夹角位置，钠激光光束阵列经倾斜镜(21)表面反射再经透镜(22)聚束后经由收发望远镜(24)中心的圆孔入射到摆镜(23)表面，所述摆镜(23)位于收发望远镜(24)焦点附近，将入射的钠激光光束阵列反射并发散以充满整个收发望远镜(24)口径，所述收发望远镜(24)用于对钠激光光束阵列进行准直，使相邻子光束之间以设定的发射角从收发望远镜(24)向上出射从而使钠激光光束阵列在传输方向上发散；钠激光光束阵列上行传输时各子光束受大气湍流影响发生不同角度的微偏折，当钠激光光束阵列传输到(90～100)km钠层时，钠层中钠原子被各阵列子光束泵浦到激发态从而形成由多个子信标阵列组成的结构化信标，结构化信标中的受激钠原子自发辐射产生的后向散射荧光与来自大气层外观测目标的光均由收发望远镜(24)接收并汇聚到摆镜(23)表面，再在摆镜(23)表面发生反射后经由收发望远镜(24)中心的圆孔被透镜(22)准直后传播到倾斜镜(21)表面，此时倾斜镜(21)的法线处于与水平方向成45度夹角位置，后向散射荧光与来自大气层外观测目标的光被倾斜镜(21)反射至分光镜(31)，所述分光镜(31)对波长为589nm的后向散射荧光有着高透过率而对其他波长的光有着高反射率，因此绝大部分后向散射荧光透过分光镜(31)被一号聚焦透镜(32)汇聚到一号CCD相机(33)得到钠层结构化信标的图像，一号CCD相机(33)将钠层结构化信标的图像传输到计算机(34)，在计算机(34)内提取出钠激光光束阵列上行传输时采样得到的波前畸变信息；绝大部分来自大气层外观测目标的光则被分光镜(31)反射至变形镜(41)，计算机(34)根据提取出的波前畸变信息控制变形镜(41)校正由分光镜(31)反射来的大气层外观测目标光波前畸变，经变形镜(41)校正后的大气层外观测目标光波前由589nm滤光片(42)滤去残余后向散射荧光后，由二号聚焦透镜(43)聚焦到二号CCD相机(44)中得到大气层外观测目标的清晰图像，并将该图像传输至计算机(34)中。