一种拼接望远镜共相位控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种拼接望远镜共相位控制装置及控制方法，其中，所述装置包括：拼接望远镜；第一分束器，其接收所述出射光线，并生成第一分光束和第二分光束；波前探测器，其探测所述第一分光束，并获得各所述拼接子镜传输路径上的系统像差数据以及波前畸变像差数据；第二分束器，其接收所述第二分光束，并生成第三分光束和第四分光束；平移误差探测器，其探测所述第三分光束，并采集各对所述拼接子镜之间的色散干涉条纹；以及与所述波前探测器、平移误差探测器以及分离可变形次镜的驱动器连接的波前控制器。本发明专利技术可以有效实现平移、倾斜及高阶像差的实时探测和补偿校正，与目前同类系统中的技术相比具有更好的准确性与实时性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种拼接望远镜共相位控制装置及控制方法。
技术介绍
利用高空间分辨率的望远镜更好地观测天体、宇宙是天文学家的梦想，也是天文仪器建造者追求的目标。望远镜的空间分辨率与其口径成正比，即，口径越大，望远镜的分辨率越高。目前建造8米以上单镜面望远镜已经受制造工艺、制造成本等因素的限制，若想提高望远镜的空间分辨率，可采用拼接镜技术来建造更大口径的望远镜，例如美国三十米(TMT)望远镜，地基极大望远镜(GMT)等都采用了拼接镜技术。拼接望远镜在航天遥感、军事和天文等领域具有巨大的应用潜力。这种望远镜不需要大行程的延迟线检测与光程差补偿，结构紧凑，可瞬时直接成像。来自拼接子镜的各子光束必须在系统焦面上同位相相干叠加，且其位相差需要控制在十分之一波长范围内，这是望远镜实现干涉成像从而获得接近衍射极限分辨率的前提条件。拼接望远镜中的平移误差探测与控制技术已成为相关领域研究的热点之一。目前，已提出的平移误差探测技术主要包括以下几种：1、干涉仪法中国科学院光电技术研究所宋贺伦等人采用白光和单色光切换的泰曼格林干涉仪对子镜平移误差进行检测，检测范围达到50μm，检测精度为6nm(参见：用于拼接子镜相位误差检测的低相干光谱干涉系统分析，2008，应用光学，29298)。此类方法测量范围大，精度高，但干涉仪体积大，结构复杂。2、相位差法中国科学院光电技术研究所罗群等人将相位差法应用于平移误差检测，取得了λ/20的检测精度(参见：相位差波前检测方法应用于平移误差检测的实验研究，2012，物理学报，610695011)。但相位差法测量范围小，在一个波长范围内，难以解决2π模糊性问题。3、色散条纹法美国加州理工大学喷气动力实验室FangShi等人提出了色散条纹法，用于Keck拼接望远镜子镜间的共相位检测(参见：ExperimentalverificationofdispersedfringesensingasasegmentphasingtechniqueusingtheKecktelescope，AppliedOpticsVol.43,Issue23,pp.4474-4481(2004))。仿真计算和实验结果表明该方法的测量范围大，测量精度优于0.1μm。但当绝对平移误差小于半个波长时，该方法失效。在申请号为200810000577.7的中国专利申请中提出了一种用于绝对距离测量的二维色散条纹分析方法，该方法测量范围大，测量精度高。但该方法中需要标定绝对距离为零时的各波长对应的主峰位置，这在实际实用时难以实现，原因在于：首先，控制两子镜间的绝对距离为零是一件很困难的事情，必须借助其他的检测手段；其次，标定光路与实际测量光路通常是两条不同的光路，再或者温度变化、外界振动、大气湍流等因素的存在，都会导致标定绝对距离为零时的各波长对应的主峰位置与实际系统中各波长对应的主峰位置有较大偏差，从而最终导致整个色散条纹分析方法失效。4、基于远场相似度的相位平移误差方法在申请号为201110070546.0的中国专利申请中提出了一种基于远场相似度的稀疏光学合成孔径成像系统的相位平移误差校正装置。虽然该校正装置可以解决相位平移误差探测中的符号判断及2π模糊性问题，但是该校正的实现也需要标定绝对距离为零时的主峰位置，因此会面临同上述色散条纹法一样的难题，而且该方法的探测范围小。鉴于上述情况，目前需要对实现拼接望远镜共相位的方法进行改进。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术旨在提供一种拼接望远镜共相位控制装置及控制方法，以克服现有相位平移误差探测技术的不足，实现拼接望远镜中的平移、倾斜及高阶像差的实时探测和补偿校正。本专利技术之一所述的一种拼接望远镜共相位控制装置，其包括：拼接望远镜，其接收外围的入射光线，并生成平行的出射光线，所述拼接望远镜包括带有驱动器的分离可变形次镜以及若干个拼接子镜；第一分束器，其接收所述出射光线，并生成第一分光束和第二分光束；波前探测器，其探测所述第一分光束，并获得各所述拼接子镜传输路径上的系统像差数据以及波前畸变像差数据；第二分束器，其接收所述第二分光束，并生成第三分光束和第四分光束；平移误差探测器，其探测所述第三分光束，并采集各对所述拼接子镜之间的色散干涉条纹；以及与所述波前探测器、平移误差探测器以及分离可变形次镜的驱动器连接的波前控制器，其一方面接收并根据各所述拼接子镜传输路径上的系统像差数据以及波前畸变像差数据，向所述分离可变形次镜的驱动器输出第一驱动电压，以驱动所述分离可变形次镜产生相应的形变以对各所述拼接子镜传输路径上的系统像差以及波前畸变像差进行补偿校正；其另一方面接收并根据各对所述拼接子镜之间的色散干涉条纹，计算获得各对所述拼接子镜之间的相位平移误差，并根据各对所述拼接子镜之间的相位平移误差，向所述分离可变形次镜的驱动器输出第二驱动电压，以驱动所述分离可变形次镜产生平移以对各对所述拼接子镜之间的相位平移误差进行补偿校正。在上述的拼接望远镜共相位控制装置中，所述平移误差探测器包括：依次排列的光阑模块、滤光片元件、色散模块、消色差透镜以及科学级相机，其中，所述光阑模块接收所述第三分光束，所述科学级相机采集所述拼接子镜之间的色散干涉条纹。在上述的拼接望远镜共相位控制装置中，所述色散模块为棱镜、光栅或棱栅。在上述的拼接望远镜共相位控制装置中，所述拼接子镜被配置为接收并反射所述入射光线，所述分离可变形次镜被配置为接收被所述拼接子镜反射的入射光线，所述分离可变形次镜包括若干个相互独立的变形镜，且所述若干个变形镜的排布方式与所述若干个拼接子镜的排布方式一致，所述拼接望远镜还包括：目镜，其接收被所述分离可变形次镜再次反射的入射光线，并生成所述出射光线。在上述的拼接望远镜共相位控制装置中，所述的拼接望远镜为卡赛格林式反射望远镜。在上述的拼接望远镜共相位控制装置中，所述波前探测器为哈特曼-夏克波前传感器、棱锥波前传感器或干涉仪。在上述的拼接望远镜共相位控制装置中，所述装置还包括用于观测所述第四分光束的成像系统。在上述的拼接望远镜共相位控制装置中，所述入射光线为星光或宽带光。本专利技术之二所述的一种拼接望远镜共相位控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1，利用拼接望远镜将外围的入射光线转变为平行的出射光线，其中，所述拼接望远镜包括带有驱动器的分离可变形次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拼接望远镜共相位控制装置，其特征在于，所述装置包括：拼接望远镜，其接收外围的入射光线，并生成平行的出射光线，所述拼接望远镜包括带有驱动器的分离可变形次镜以及若干个拼接子镜；第一分束器，其接收所述出射光线，并生成第一分光束和第二分光束；波前探测器，其探测所述第一分光束，并获得各所述拼接子镜传输路径上的系统像差数据以及波前畸变像差数据；第二分束器，其接收所述第二分光束，并生成第三分光束和第四分光束；平移误差探测器，其探测所述第三分光束，并采集各对所述拼接子镜之间的色散干涉条纹；以及与所述波前探测器、平移误差探测器以及分离可变形次镜的驱动器连接的波前控制器，其一方面接收并根据各所述拼接子镜传输路径上的系统像差数据以及波前畸变像差数据，向所述分离可变形次镜的驱动器输出第一驱动电压，以驱动所述分离可变形次镜产生相应的形变以对各所述拼接子镜传输路径上的系统像差以及波前畸变像差进行补偿校正；其另一方面接收并根据各对所述拼接子镜之间的色散干涉条纹，计算获得各对所述拼接子镜之间的相位平移误差，并根据各对所述拼接子镜之间的相位平移误差，向所述分离可变形次镜的驱动器输出第二驱动电压，以驱动所述分离可变形次镜产生平移以对各对所述拼接子镜之间的相位平移误差进行补偿校正。...

【技术特征摘要】
1.一种拼接望远镜共相位控制装置，其特征在于，所述装置包括：
拼接望远镜，其接收外围的入射光线，并生成平行的出射光线，所述拼
接望远镜包括带有驱动器的分离可变形次镜以及若干个拼接子镜；
第一分束器，其接收所述出射光线，并生成第一分光束和第二分光束；
波前探测器，其探测所述第一分光束，并获得各所述拼接子镜传输路径
上的系统像差数据以及波前畸变像差数据；
第二分束器，其接收所述第二分光束，并生成第三分光束和第四分光束；
平移误差探测器，其探测所述第三分光束，并采集各对所述拼接子镜之
间的色散干涉条纹；以及
与所述波前探测器、平移误差探测器以及分离可变形次镜的驱动器连接
的波前控制器，其一方面接收并根据各所述拼接子镜传输路径上的系统像差
数据以及波前畸变像差数据，向所述分离可变形次镜的驱动器输出第一驱动
电压，以驱动所述分离可变形次镜产生相应的形变以对各所述拼接子镜传输
路径上的系统像差以及波前畸变像差进行补偿校正；其另一方面接收并根据
各对所述拼接子镜之间的色散干涉条纹，计算获得各对所述拼接子镜之间的
相位平移误差，并根据各对所述拼接子镜之间的相位平移误差，向所述分离
可变形次镜的驱动器输出第二驱动电压，以驱动所述分离可变形次镜产生平
移以对各对所述拼接子镜之间的相位平移误差进行补偿校正。
2.根据权利要求1所述的拼接望远镜共相位控制装置，其特征在于，所
述平移误差探测器包括：依次排列的光阑模块、滤光片元件、色散模块、消
色差透镜以及科学级相机，其中，所述光阑模块接收所述第三分光束，所述
科学级相机采集所述拼接子镜之间的色散干涉条纹。
3.根据权利要求2所述的拼接望远镜共相位控制装置，其特征在于，所
述色散模块为棱镜、光栅或棱栅。
4.根据权利要求1所述的拼接望远镜共相位控制装置，其特征在于，所
述拼接子镜被配置为接收并反射所述入射光线，所述分离可变形次镜被配置
为接收被所述拼接子镜反射的入射光线，所述分离可变形次镜包括若干个相
互独立的变形镜，且所述若干个变形镜的排布方式与所述若干个拼接子镜的

\t排布方式一致，所述拼接望远镜还包括：目镜，其接收被所述分离可变形次
镜再次反射的入射光线，并生成所述出射光线。
5.根据权利要求1所述的拼接望远镜共相位控制装置，其特征在于，所
述的拼接望远镜为卡赛格林式反射望远镜。
6.根据权利要求1所述的拼接望远镜共相位控制装置，其特征在于，所
述波前探测器为哈特曼-夏克波前传感器、棱锥波前传感器或干涉仪。
7.根据权利要求1所述的拼接望远镜共相位控制装置，其特征在于，所
述装置还包括用于观测所述第四分光束的成像系统。
8.根据权利要求1所述的拼接望远镜共相位控制装置，其特征在于，所
述入射光线为星光或宽带光。
9.一种拼接望远镜共相位控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步
骤：
步骤S1，利用拼接望远镜将外围的入射光线转变为平行的出射光线，其
中，所述拼接望远镜包括带有驱动器的分离可变形次镜以及若干个拼接子镜；
步骤S2，利用第一分束器将所述出射光线分成第一分光束和第二分...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜召军，陈欣扬，朱能鸿，
申请(专利权)人：中国科学院上海天文台，
类型：发明
国别省市：上海;31