專利名稱：結(jié)構(gòu)緊湊的高靈敏度液晶自適應光學系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于自適應光學領域，涉及液晶校正器、哈特曼波前探測器、自適應光學控制器、分色鏡和PBS分束器、道威棱鏡等光學元件的組合系統(tǒng)，具體地說是一種結(jié)構(gòu)緊湊的高靈敏度液晶自適應光學系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光波前自適應校正系統(tǒng)的功能是對入射光的畸變波前進行實時補償校正，得到理想的光學成像。液晶校正器采用微電子技術(shù)，利用液晶器件高象素密度的特點，具有校正精度高，制備工藝成熟的特點，因此液晶校正器的自適應系統(tǒng)具有很大的應用潛力。但液晶校正器須在偏振光中工作，如果自適應系統(tǒng)設計為通常的閉環(huán)自適應校正模式，能量利用率將減低50%。在“無偏振光能量損失的液晶自適應光學系統(tǒng)”(中國專利，ZL 200610173382)中提出了一項開環(huán)液晶自適應光學系統(tǒng)的技術(shù)，解決了液晶自適應光學系統(tǒng)50%的偏振能量損失問題。所述的閉環(huán)液晶自適應校正系統(tǒng)是光束先通過偏振片、校正器，然后被分為兩路， 一路用于探測，一路用于成像，且兩路的能量均為入射光能的25% ；而開環(huán)液晶自適應校正系統(tǒng)是用PBS偏振分束器先將入射光分為兩路偏振光，則大約50%的能量用于探測，另外 50%的能量用于波前校正后進入CXD成像。所以開環(huán)液晶自適應校正系統(tǒng)能量利用率較
尚ο但是，開環(huán)系統(tǒng)中，在測量液晶校正器的krnike模式響應矩陣時，需將前述的 PBS偏振分束器做一次旋轉(zhuǎn)以將光路切換至內(nèi)置光源，待響應矩陣測試完成后再將PBS旋轉(zhuǎn)復原。由此帶來的復位誤差對成像效果影響也很大，針對這個問題“兼具開環(huán)與閉環(huán)的液晶自適應光學系統(tǒng)”(申請受理號200910218116. 1，公開號CN1017^848A)，給出了解決辦法。盡管如此，液晶自適應校正系統(tǒng)能夠成像的星等仍然比預想的低、即要求成像物體的光強度較高；進一步尋找根源，發(fā)現(xiàn)是校正成像支路與波前探測支路之間的光能量分配不合理，沒有考慮兩支路上的接收器即相機的曝光極限時間不同。為此又提出了“能量優(yōu)化分配的自適應系統(tǒng)”(申請受理號201010004394. X)，由于空間目標幾乎都輻射可見-近紅外光，所以望遠鏡接收的光譜范圍一般對應400nm-1000nm波段；但相機的波段都較窄， 在400nm-700nm波段和700nm-950nm波段才有量子效率很高的CCD，因此“能量優(yōu)化分配的自適應系統(tǒng)”按照波段分開探測支路和校正成像支路，通過曝光積分時間不同平衡兩支路的能量，使系統(tǒng)的探測靈敏度提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對上述液晶自適應系統(tǒng)存在的不足，做了進一步優(yōu)化設計，目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的高靈敏度液晶自適應光學系統(tǒng)，解決了像面翻轉(zhuǎn)問題，簡化了探測支路的光學設計，進一步提高了探測靈敏度，使液晶自適應系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更緊湊，操作更簡便，更加符合工程化應用的要求。本發(fā)明的內(nèi)容是在如圖1所示的主光學系統(tǒng)中引入道威棱鏡16，使系統(tǒng)在波前探測和液晶校正器響應矩陣測量兩個過程中進入哈特曼波前探測器7的光束截面不會互成180°翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，使二者的數(shù)據(jù)讀出順序一致；另外利用主光路中的分色鏡4，加上與兩個液晶校正器的中心校正波長相同的單色濾光片22，如圖2所示，即可形成液晶校正器響應矩陣測量光路與波前探測器的對接，簡化探測支路，提高能量透過率。為了更好地理解本發(fā)明，下面詳述本發(fā)明的光路設計。主光學系統(tǒng)如圖1所示，由第一透鏡2、快速振鏡3、分色鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6、哈特曼波前探測器7、第四透鏡 8、第一反射鏡9、第五透鏡10、PBS偏振分束器11、第一液晶校正器12、第二液晶校正器13、 第二反射鏡14、第六透鏡15、道威棱鏡16、第三反射鏡17、第四反射鏡18、第七透鏡19、成像(XD20、工控機21組成。從望遠鏡出射的光聚焦在第一透鏡2的前焦點處，通過第一透鏡2后成為平行光到達與光軸成45°放置的快速振鏡3，快速振鏡3的作用是校正望遠鏡接收光波前的傾斜。去掉傾斜的光束可以無抖動地到達分色波長為700nm的長波通分色鏡 4，分色鏡4的作用是將400nm-700nm波段的光束反射，700nm-950nm波段的光束透射，形成互為垂直的短波波前探測支路和長波校正成像支路。在波前探測支路，快速振鏡3到第二透鏡5的光路長度為第二透鏡5的焦距，第三透鏡6到哈特曼波前探測器7的距離為第三透鏡6的焦距，以使快速振鏡3與哈特曼波前探測器7共軛。波前探測支路的短波段光束依次通過共焦面的第二透鏡5、第三透鏡6后形成直徑與哈特曼波前探測器7的接收口徑相同的光束而全部進入哈特曼波前探測器7，哈特曼波前探測器7的作用是探測望遠鏡接收光的波前畸變。在校正成像支路，長波段光束依次通過第四透鏡8、第一反射鏡9、第五透鏡10，使光束調(diào)整為直徑與液晶校正器接收口徑相同的平行光。第四透鏡8與第五透鏡10共焦面， 第四透鏡8所在光軸經(jīng)第一反射鏡9折轉(zhuǎn)90°，第五透鏡10的軸線相對第一反射鏡9后的光束軸線左移4 6mm，使得通過第五透鏡10的光束為偏心入射，然后產(chǎn)生2° 3°的傾斜出射，以這個入射角通過PBS偏振分束器11被分成透射P偏振光和反射S偏振光，分別在平行P偏振方向和S偏振方向設置第一液晶校正器12和第二液晶校正器13的e光光軸、即液晶取向方向。經(jīng)第一液晶校正器12校正后的P偏振光、第二液晶校正器13校正后的S偏振光，光束被反射回PBS偏振分束器11，出射后兩光軸重合合束，且以反向2° 3° 的傾斜角再次到達第五透鏡10，到達第五透鏡10的焦面時形成的焦斑正好與入射光束的焦斑分開8 12mm。從第五透鏡10出射的校正后光束被第二反射鏡14折轉(zhuǎn)90°，通過第六透鏡15后成為直徑與哈特曼波前探測器7接收口徑相同的平行光，以備用于液晶校正器響應信號的測量；再用第四反射鏡18折束90°，通過第七透鏡19聚焦到CXD相機20上成像。上述主光路中，第五透鏡10與第一液晶校正器12和第二液晶校正器13的距離均為第五透鏡10的焦距，第六透鏡15與第二透鏡5的距離為第六透鏡15和第二透鏡5的焦距之和，以保證探測支路上的哈特曼波前探測器7與第一液晶校正器12和第二液晶校正器 13共軛。另外，快速振鏡3、哈特曼波前探測器7、第一液晶校正器12和第二液晶校正器13、 CCD相機20均與工控機21相連，工控機21存有自適應控制軟件，其作用是將哈特曼波前探測器7中的波前光學信號讀出，處理為krnike模式表示的波前像差；將傾斜像差發(fā)送給CN 102540453 A
快速振鏡3，使其校正這個傾斜，其余的高階像差發(fā)送給第一液晶校正器12和第二液晶校正器13，使二者校正P偏振光和S偏振光中的高階像差；啟動CXD相機20拍攝，并控制其曝光時間。圖1所示的光路中還有道威棱鏡16、第三反射鏡17，這兩個元件的設置是用于測量探測器對校正器的響應關(guān)系的。自適應波前校正系統(tǒng)需要使校正器與探測器的幾何位置嚴格對準，且校正器的位相驅(qū)動須在探測器上有嚴格的定量響應。在本發(fā)明的主光路中只有通過初級校正器即快速振鏡3的光束能夠進入哈特曼波前探測器7，通過高級校正器即第一液晶校正器12和第二液晶校正器13的光束通常不能進入哈特曼波前探測器7，因此需要特別設計，從而給出本發(fā)明的關(guān)鍵內(nèi)容。如圖2所示，將第四反射鏡18設計成以右端為軸能進行0°與45°旋轉(zhuǎn)切換的功能元件，當其為0°時就旋出光路，通過第一液晶校正器12和第二液晶校正器13的光束就能通過道威棱鏡16、再由第三反射鏡17反射進入分色鏡4，分色鏡4允許700nm以上波長的光透過，這正是兩個高級校正器的工作波段，這樣經(jīng)第一液晶校正器12和第二液晶校正器13作用的光束就能進入哈特曼波前探測器7，實現(xiàn)響應測量。上述設計中道威棱鏡16的作用是使光束截面上下翻轉(zhuǎn)，補償一次反射鏡的翻轉(zhuǎn)作用；因為在探測支路中光束只被分色鏡4反射了一次，而在校正支路中除了被液晶校正器反射了一次，還被三個反射鏡反射了三次，這四次光束翻轉(zhuǎn)正好與探測支路的光束截面上下顛倒，也就是哈特曼波前探測器7 對液晶校正器的驅(qū)動響應與探測外來光時的光束截面上下顛倒，給后續(xù)的數(shù)據(jù)處理帶來很大麻煩。因此在光束到達反射鏡17之前，令其首先通過道威棱鏡16補償一次反射鏡的翻轉(zhuǎn)作用，形成探測支路與校正支路中的反射次數(shù)同為奇數(shù)或同為偶數(shù)，以保持探測光束與響應測量光束截面的幾何位置一致。為了準確測量快速振鏡3、第一液晶校正器12和第二液晶校正器13這三個器件在標準^rnike模式驅(qū)動信號下的探測器響應信號，需要使用沒有大氣湍流干擾的穩(wěn)定點光源。本發(fā)明中，將具有氙燈光譜的點光源1放置在望遠鏡和第一透鏡2的共焦點處，并將望遠鏡接收的光截斷而不能進入自適應光路，如圖2所示，先分別測量第一液晶校正器12和第二液晶校正器13的標準驅(qū)動響應信號。在哈特曼波前探測器7前放置波長與兩個液晶校正器的中心校正波長相同的單色濾光片22，以阻斷被分束鏡4反射過來的未經(jīng)過液晶校正器的光束進入哈特曼波前探測器7，而只讓攜帶有液晶校正器驅(qū)動信號的785nm單色光進入；由于第一液晶校正器12和第二液晶校正器13的響應信號會有所不同或根本不同，故分別測量二者的響應信號。首先用紙屏23插入PBS偏振分束器11和第二液晶校正器13 之間，以截斷進入第二液晶校正器13的光，而只有第一液晶校正器12的光進入哈特曼波前探測器7，用工控機21向第一液晶校正器12施加一系列Zernike模式的分布電壓，同時在哈特曼波前探測器7中獲得相應的響應信號，稱為第一液晶校正器12的響應信號，將其存入工控機21的數(shù)據(jù)庫中。然后將紙屏23插入PBS偏振分束器11和第一液晶校正器12 之間，以截斷進入第一液晶校正器12的光，并保證只有第二液晶校正器13的光進入哈特曼波前探測器7，用工控機21向第二液晶校正器13施加同樣系列Zernike模式的分布電壓， 將在哈特曼波前探測器7中獲得的第二液晶校正器13的響應信號存入工控機21的數(shù)據(jù)庫中。完成了這兩個校正器件在標準仏！!^!^模式驅(qū)動信號下的探測器響應信號測量。下一步測量快速振鏡3的響應信號，將單色濾光片22和紙屏23移出光路，旋轉(zhuǎn)第四反射鏡18為45°，以使經(jīng)過第一液晶校正器12和第二液晶校正器13的光不能再進入哈特曼波前探測器7，構(gòu)成圖3所示的形式，這個光路只有快速振鏡3的光能夠進入哈特曼波前探測器7， 可以測量快速振鏡3的響應信號。用工控機21向快速振鏡3施加一系列傾斜模式的分布電壓，同時在哈特曼波前探測器7中獲得的快速振鏡3的響應信號，存入工控機21的數(shù)據(jù)庫中。完成了三個器件的驅(qū)動響應測量，將光源1移出光路，與望遠鏡連接，恢復為圖1所示的光路，即可進行目標的自適應校正成像。本發(fā)明采用道威棱鏡16、第三反射鏡17、可旋轉(zhuǎn)的第四反射鏡18和分色鏡4的光學組合，實現(xiàn)了自適應成像光路與液晶校正器響應測量光路間的切換。切換過程中光路對準精度不受影響，沒有光束翻轉(zhuǎn)問題，簡化了數(shù)據(jù)處理，元件少，結(jié)構(gòu)簡化。另外液晶校正器的響應矩陣改為單色光條件下測量，可以提高測量的準確性。


圖1是本發(fā)明的液晶自適應校正成像光路示意圖。2為第一透鏡，3為快速振鏡， 4為分色鏡，5為第二透鏡、6為第三透鏡，7為哈特曼波前探測器，8為第四透鏡，9為第一反射鏡，10為第五透鏡，11為PBS偏振分束器，12為第一液晶校正器、13為第二液晶校正器， 14為第二反射鏡，15為第六透鏡，16為道威棱鏡，17為第三反射鏡，18為可以右端為軸進行旋轉(zhuǎn)的第四反射鏡，當其為0°時就旋出光路，19為第七透鏡、20為成像(XD，21為工控機。 第一透鏡2的前焦點與接收望遠鏡的焦點重合，第五透鏡10的軸線相對第一反射鏡9的軸線左移4 6mm，第一液晶校正器12和第二液晶校正器13分別校正P偏振光和S偏振光， 工控機21存有自適應控制軟件。圖2是測量第一液晶校正器12響應信號的光路示意圖。1為點光源，具有氙燈光譜，位于第一透鏡2的前焦點處；第四反射鏡18從光路中旋轉(zhuǎn)移出至0°位置，以使經(jīng)過第一液晶校正器12的光能夠進入哈特曼波前探測器7 ；22為波長785nm的單色濾光片，以截斷由分束鏡4反射過來的未經(jīng)過液晶校正器的光束進入哈特曼波前探測器7 ；23為紙屏，以截斷第二液晶校正器13的光進入哈特曼波前探測器7。圖3是測量快速振鏡3響應信號的光路示意圖。第四反射鏡18旋轉(zhuǎn)為45°進入光路，以使經(jīng)過兩個液晶校正器的光不能進入哈特曼波前探測器7，而只有通過快速振鏡3 的光進入哈特曼波前探測器7。圖4是本發(fā)明的系統(tǒng)與長春市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的1.23米口徑望遠鏡對接，獲得的北極星圖像，其中(a)為自適應校正前的像，(b)為自適應校正后的像。當時大氣相干長度rQ = 6cm,湍流格林伍德頻率約85Hz ；成像波段設置為700nm-900nm，成像(XD20的曝光時間設置為 200ms。
具體實施例方式1)第一透鏡2、第二透鏡5、第三透鏡6、第四透鏡8、第六透鏡15、第七透鏡19 均為雙膠合消色差透鏡，且表面鍍有增透膜，口徑均為30mm，焦距分別為51.8mm、100mm、 100mm、200mm、200mm、100mm，第五透鏡10也為雙膠合消色差、表面鍍有增透膜的透鏡，口徑為50mm，焦距為200mm。2)快速振鏡3為閉環(huán)自適應驅(qū)動式快速振鏡(德國PI公司)，直徑為20mm，實際使用口徑為5. 85mm，反射率大于97%，表面平整度PV值小于λ/20，其中λ = 633nm，最大轉(zhuǎn)動范圍2mrad，分辨率0. 1 μ rad。3)哈特曼波前探測器7具有5. 85mm接收孔徑，微透鏡陣列為9 X 9，其背部的CXD 為高靈敏度EMCXD (英國ANDOR公司DV897)，像素數(shù)1 X 128，使用2 X 2binning模式，采樣頻率達到960Hz，可探測波段從350nm lOOOnm，波前測量誤差峰谷值0. 05 λ，均方根值 0. 01 λ，其中 λ = 633nm。4)第一反射鏡9為30X30方形反射鏡，反射率大于98%。5)第二反射鏡14、第三反射鏡17、第四反射鏡18，口徑均為20mm、反射率大于 98% ；第四反射鏡18以右端為軸能進行0°與45°旋轉(zhuǎn)切換，當其為0°位置時就旋出光路，當其為45°位置時就進入光路。6)道威棱鏡16為方形K9玻璃棱鏡，截面尺寸IOmmX IOmm,底邊長度42. 28mm,透過率大于99%。7)第一液晶校正器12、第二液晶校正器13均為LCOS型液晶校正器，接收窗口為 6. 14mmX 6. 14mm，響應時間2. 6ms，象素數(shù)256 X 256，位相調(diào)制深度800nm，中心校正波長為 785nm，驅(qū)動電壓的分度值即灰度級有256個。8) PBS偏振分束器11，尺寸為25mmX 25mmX 25mm，其S偏振光或P偏振光的消光比為 1Χ1(Γ3。9)成像用CCD相機20為英國ANDOR公司DV897型號的產(chǎn)品，像素數(shù)512X512。10)點光源1，是光纖束耦合的鹵素光源，具有氙燈光譜，光纖束直徑1mm，單根光纖直徑為25 μ m。11)分色鏡4，分色波長為700nm的長波通分色鏡。12)單色濾光片22的透過波長與兩個液晶校正器的中心校正波長相同，為785nm。13)按照圖1所示光路，利用1) 10)所述的元件搭建液晶自適應光學系統(tǒng)，各元件的位置與擺放方式嚴格按照“發(fā)明內(nèi)容”所述的位置與方式擺放，并且快速振鏡3、哈特曼波前探測器7、第一液晶校正器12、第二液晶校正器13、成像CXD相機20均與存有自適應控制軟件的工控機21相連結(jié)，望遠鏡為坐落在長春市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的1. 23米口徑望遠鏡。14)按照圖2所示光路，第四反射鏡18從45°位置上旋轉(zhuǎn)至0°位置，移出光路， 以使經(jīng)過第一液晶校正器12的光束經(jīng)過道威棱鏡16發(fā)生光束截面上下翻轉(zhuǎn)，然后到達反射鏡17后光束截面又翻轉(zhuǎn)回來，通過分色鏡4后一直到達哈特曼波前探測器7。在哈特曼波前探測器7之前置入波長785nm的單色濾光片22，以濾除分色鏡4反射過來的未經(jīng)過第一液晶校正器12的干擾光。在第二液晶校正器13之前置入紙屏23，以截斷進入第二液晶校正器13的光。測量哈特曼波前探測器7對第一液晶校正器12的標準krnike模式驅(qū)動響應。分別用Zernike多項式的第2項到第36項模式、模系數(shù)均取液晶校正器的中心校正波長785nm，驅(qū)動第一液晶校正器12，在哈特曼波前探測器7上獲得一系列響應信號，將測得的第一液晶校正器12的一系列響應信號存入工控機21的數(shù)據(jù)庫中。15)將圖2所示光路中的紙屏23移至PBS偏振分束器11和第一液晶校正器12之間，以截斷進入第一液晶校正器12的光，并保證只有第二液晶校正器13的光進入哈特曼波前探測器7，按照步驟14)所述方法測量哈特曼波前探測器7對第二液晶校正器13的標準 Zernike模式驅(qū)動響應，然后將第二液晶校正器13的響應信號存入工控機21的數(shù)據(jù)庫中。
16)按照圖3所示光路，測量哈特曼波前探測器7對快速振鏡3的標準驅(qū)動響應， 將快速振鏡3的響應信號存入工控機21的數(shù)據(jù)庫中。17)將光路恢復為圖1所示的結(jié)構(gòu)。18)使望遠鏡對準北極星進行自適應校正成像實驗，當時大氣相干長度rQ = 6cm，湍流格林伍德頻率約65Hz，屬于較差的觀測條件即湍流較強。成像波段設置為 700nm-900nm，成像CCD20的曝光時間設置為200ms。19)啟動工控機21中的自適應控制程序，獲得自適應校正前后的星像，如圖4。結(jié)果表明，校正前(a)的星像由于湍流干擾發(fā)散為一片低能量的光點集合，校正后(b)的星像恢復了無窮遠處點目標的特征，說明本發(fā)明的液晶自適應光學系統(tǒng)設計合理。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)緊湊的高靈敏度液晶自適應光學系統(tǒng)，其特征是由波前探測支路、校正成像支路、第三反射鏡(17)、道威棱鏡(16)構(gòu)成；所述的波前探測支路由第一透鏡O)、快速振鏡(3)、分色鏡G)、第二透鏡(5)、第三透鏡(6)、哈特曼波前探測器(7)、工控機組成，所述的校正成像支路由第一透鏡O)、快速振鏡(3)、分色鏡G)、第四透鏡(8)、第一反射鏡(9)、第五透鏡(10)、PBS偏振分束器(11)、第一液晶校正器(12)、第二液晶校正器 (13)、第二反射鏡(14)、第六透鏡(15)、第四反射鏡(18)、第七透鏡(19)、成像(XDQO)、工控機組成；第一透鏡O)的前焦點與望遠鏡的出射焦點重合，快速振鏡C3)位于第一透鏡( 和分色鏡(4)之間，其法線與第一透鏡O)的光軸成45°配置；第四反射鏡(18) 做成以右端為軸進行0°與45°位置的旋轉(zhuǎn)切換，當其為0°位置時就旋出光路，光束通過道威棱鏡(16)至第三反射鏡(17)反射，經(jīng)分色鏡(4)進入波前探測支路，當其為45°位置時，光束進入校正成像支路；所述的波前探測支路中，第二透鏡( 和第三透鏡(6)共焦面，快速振鏡C3)到第二透鏡(5)的光路長度為第二透鏡(5)的焦距，第三透鏡(6)到哈特曼波前探測器(7)的距離為第三透鏡(6)的焦距；所述的校正成像支路中，第四透鏡(8)與第五透鏡(10)共焦面，第四透鏡(8)所在光軸經(jīng)第一反射鏡(9)折轉(zhuǎn)90°，第五透鏡(10)的中心軸線相對第一反射鏡(9)的軸左移 4 6mm，以使通過第五透鏡(10)的平行光束產(chǎn)生2° 3°的傾斜，以這個入射角通過后面的PBS偏振分束器(11)，又被分成透射P偏振光和反射S偏振光；分別在平行P偏振方向和S偏振方向設置第一液晶校正器(12)和第二液晶校正器(13)的e光光軸、即液晶取向方向；經(jīng)兩個校正器校正后的P、S偏振光束被反射回PBS偏振分束器(11)，出射后兩光軸重合合束，且以反向2° 3°的傾斜角再次經(jīng)由第五透鏡(10)出射；第二反射鏡(14)將從第五透鏡(10)出射的校正后光束折轉(zhuǎn)90°，通過第六透鏡(1 后成為直徑與哈特曼波前探測器⑵接收口徑相同的平行光；再用第四反射鏡(18)折束90°，通過第七透鏡(19) 聚焦到CXD相機00)上成像；上述光路中的快速振鏡(3)、哈特曼波前探測器(7)、第一液晶校正器(1 和第二液晶校正器(13)、CCD相機00)均與工控機相連，工控機存有自適應控制軟件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)緊湊的高靈敏度液晶自適應光學系統(tǒng)，其特征是在上主光路進行目標的自適應校正成像過程之前，用哈特曼波前探測器(7)測量第一液晶校正器(12)和第二液晶校正器(13)的標準驅(qū)動響應信號；此時將第四反射鏡(18) 從光路中旋轉(zhuǎn)移出，則從第六透鏡(巧)出射的平行光束將經(jīng)過道威棱鏡(16)、在第三反射鏡(17)處折角90°，然后透射穿過分色鏡(4)后被第二透鏡( 和第三透鏡(6)調(diào)整為與哈特曼波前探測器(7) 口徑相同的平行光束；將點光源⑴放置在第一透鏡(2)的前焦點處，并將望遠鏡接收的光截斷使其不能進入系統(tǒng)光路；在第三透鏡(6)和哈特曼波前探測器(7)之間插入波長與兩個液晶校正器中心校正波長相同的單色濾光片(22)，截斷被分色鏡(4)反射的光進入哈特曼波前探測器(7)；測量第一液晶校正器(1 的響應信號時， 用紙屏03)插入PBS偏振分束器(11)和第二液晶校正器(13)之間，以截斷第二液晶校正器(1 的光，保證只有第一液晶校正器(1 的光進入哈特曼波前探測器(7)；分別用一系列Zernike模式、模式系數(shù)均取液晶校正器的中心校正波長785nm、驅(qū)動第一液晶校正器 (12)，在哈特曼波前探測器(7)上獲得一系列響應信號，將測得的第一液晶校正器(12)的一系列響應信號存入工控機的數(shù)據(jù)庫中；測量第二液晶校正器(13)的響應信號時， 將紙屏03)插入PBS偏振分束器(11)和第一液晶校正器(12)之間，以截斷第一液晶校正器(1 的光并保證只有第二液晶校正器(1 的光進入哈特曼波前探測器(7)，分別用一系列Zernike模式、模式系數(shù)均取液晶校正器的中心校正波長785nm、驅(qū)動第二液晶校正器 (13)，在哈特曼波前探測器(7)上獲得一系列響應信號，將測得的第二液晶校正器(13)的一系列響應信號存入工控機的數(shù)據(jù)庫中；測量快速振鏡(3)的標準驅(qū)動響應信號時， 需旋轉(zhuǎn)第四反射鏡(18)至45°位置，以阻擋從兩個液晶校正器出射的光進入哈特曼波前探測器(7)，而此時只有快速振鏡(3)的光被分色鏡(4)反射進入哈特曼波前探測器(7)， 將測得的快速振鏡(3)的一系列響應信號存入工控機的數(shù)據(jù)庫中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)緊湊的高靈敏度液晶自適應光學系統(tǒng)，其特征是與1.23 米口徑望遠鏡對接時，所述的哈特曼波前探測器(7)具有5. 85mm接收孔徑，微透鏡陣列為 9 X 9，其背部的CXD為高靈敏度EMCXD，像素數(shù)1 X 128，使用2 X 2binning模式，采樣頻率達到960Hz ο
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)緊湊的高靈敏度液晶自適應光學系統(tǒng)，其特征是所述的第一液晶校正器(12)和第二液晶校正器(13)的位相調(diào)制深度800nm，中心校正波長為 785nm響應時間為2. 6ms，象素數(shù)256X 256。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)緊湊的高靈敏度液晶自適應光學系統(tǒng)，其特征是所述的快速振鏡⑶為閉環(huán)自適應驅(qū)動式快速振鏡，直徑為20mm，實際使用口徑為5. 85mm，反射率大于97%，表面平整度PV值小于λ/20，其中λ = 633nm，最大轉(zhuǎn)動范圍2mrad，分辨率 0. 1 μ rad0
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)緊湊的高靈敏度液晶自適應光學系統(tǒng)，其特征是所述的道威棱鏡(16)為方形K9玻璃棱鏡，截面尺寸IOmmX 10mm，底邊長度42.觀讓，透過率大于 99%。
全文摘要
本發(fā)明屬于自適應光學領域，涉及大氣通道的液晶自適應光學成像系統(tǒng)，是一種探測支路與校正成像支路能量優(yōu)化分配的、結(jié)構(gòu)緊湊的高靈敏度液晶自適應光學系統(tǒng)。本發(fā)明由波前探測支路、校正成像支路、第三反射鏡、道威棱鏡構(gòu)成，通過引入道威棱鏡，與一固定反射鏡、可旋轉(zhuǎn)的反射鏡和分色鏡的光學組合，實現(xiàn)了自適應成像光路與液晶校正器響應測量光路間的切換，不但光路對準精度不受影響，而且解決了波前探測和校正器響應矩陣測量兩個過程進入哈特曼波前探測器的光束截面翻轉(zhuǎn)的問題，探測數(shù)據(jù)和校正器響應測量數(shù)據(jù)讀出順序?qū)崿F(xiàn)了一致性；利用一個分色鏡完成響應矩陣測量光路與波前探測器的對接，簡化了探測支路的光學設計。
文檔編號G02B27/00GK102540453SQ20121004673
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者劉永剛, 夏明亮, 姚麗雙, 宣麗, 彭增輝, 曹召良, 李大禹, 楊程亮, 穆全全, 胡立發(fā), 魯興海 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所