一種可校正系統(tǒng)像差的太陽(yáng)光柵光譜成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種太陽(yáng)光柵光譜成像裝置，特別是針對(duì)可校正大氣波前像差和光譜 儀系統(tǒng)像差的太陽(yáng)自適應(yīng)光學(xué)光柵光譜成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽(yáng)成像光柵光譜儀是研究太陽(yáng)大氣分層特性的一個(gè)重要儀器，它即可W對(duì)太陽(yáng) 大氣進(jìn)行多波段同時(shí)觀測(cè)，同時(shí)也可W對(duì)太陽(yáng)大氣中的快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)（黃佑然， 許熬敷，秦志海，等.實(shí)測(cè)天體物理學(xué)[M].北京；北京科學(xué)出版社，1987.)。此外通過(guò)對(duì) 太陽(yáng)大氣進(jìn)行光譜觀測(cè)，可W獲得所爆發(fā)的太陽(yáng)大氣對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)參數(shù)，如太陽(yáng)溫度、元素 豐度、視向速度場(chǎng)及磁場(chǎng)等重要信息。然而太陽(yáng)光柵光譜儀的性能嚴(yán)重受到波前像差的影 響，如大氣端流引起的動(dòng)態(tài)波前像差，系統(tǒng)的裝調(diào)誤差及系統(tǒng)中的光學(xué)元件的加工誤差等 (Qingsheng Xue, "Astigmatism-corrected Czerny - Turner imaging spectrometer for broadband spectral simultaneity, "Appl. Opt. 50, 1338-1344(2011))。表現(xiàn)在所觀測(cè)到 的譜線會(huì)受到像差的調(diào)制作用，如大氣端流擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)光柵光譜儀焦面上太陽(yáng)像成像 質(zhì)量的衰減，從而無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定的成像觀測(cè)或光譜觀測(cè)。因此消除大氣擾動(dòng)和系 統(tǒng)的裝調(diào)像差對(duì)提高太陽(yáng)光柵光譜儀的光譜成像性能具有重要意義。
[0003] 由于波前整體傾斜像差約占了總體波前像差的90%，因此傳統(tǒng)的消除大氣 端流像差方法是采用具有傾斜像差校正能力的自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)（AM Supplement series, Vol. 128, February II 1998, 229-244)，如圖1所示。由于該種方案并沒(méi)有消除高 階像差對(duì)太陽(yáng)光柵光譜成像裝置性能的影響，所W該方案只是適用于大氣視寧度良好的情 況。然而實(shí)際上大氣視寧度一般較不穩(wěn)定，尤其是對(duì)工作于白天的太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡而言。此時(shí)， 波前的高階像差對(duì)光譜儀的性能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重不良的影響，如導(dǎo)致光譜展寬和能量的擴(kuò)散。 此時(shí)較好的解決方案是傾斜鏡和變型鏡結(jié)合，用傾斜鏡校正波前的傾斜像差，而用變型鏡 校正波前的高階像差，如圖2所示。前面所提到的該兩種方法解決的對(duì)象都是只針對(duì)由大 氣端流像差引起的波前像差，而望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)和光譜儀系統(tǒng)的裝調(diào)誤差及光學(xué)元件的加工誤 差等引起的靜態(tài)波前像差并無(wú)法通過(guò)自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)進(jìn)行校正。該些靜態(tài)像差都會(huì)對(duì)太陽(yáng) 光柵光譜儀的光譜成像質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的衰減，它不僅會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)光柵光譜儀的光譜分辨率 的衰減，還會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)光柵光譜儀能量利用率的衰減因而無(wú)法對(duì)太陽(yáng)大氣活動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確的 觀測(cè)和高精度的層析成像研究。
[0004] 基于該個(gè)背景，本發(fā)明提出一種可校正系統(tǒng)像差的太陽(yáng)光柵光譜成像裝置。在沒(méi) 有明顯增加系統(tǒng)復(fù)雜性和成本的前提下，通過(guò)在光譜儀焦面的共輛位置引入一個(gè)波前傳感 器，與望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中的第一波前探測(cè)器一起構(gòu)成了一個(gè)雙波前探測(cè)器的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。 使之不僅具有校正望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中傾斜像差和大氣端流高階像差的能力，同時(shí)具有校正系統(tǒng) 中靜態(tài)像差（如裝調(diào)誤差和光學(xué)元件加工誤差）的能力。該對(duì)于更準(zhǔn)確的太陽(yáng)大氣活動(dòng)研 究和更高精度的層析成像研究具有重要意義，創(chuàng)新性和實(shí)用性明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：波前像差如大氣端流或光學(xué)系統(tǒng)的靜態(tài)像差如裝調(diào) 誤差或光學(xué)元件的加工誤差等都會(huì)嚴(yán)重影響到太陽(yáng)光柵光譜成像裝置的光譜成像觀測(cè)性 能。它不僅會(huì)引起太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡焦平面上的太陽(yáng)像抖動(dòng)，因此無(wú)法對(duì)太陽(yáng)爆發(fā)的大氣活動(dòng)進(jìn) 行跟蹤和光譜成像觀測(cè)，還會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)光柵光譜儀的光譜分辨率和能量利用率的衰減。該 些對(duì)于準(zhǔn)確研究太陽(yáng)大氣活動(dòng)和高精度層析成像觀測(cè)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響。因此，本發(fā) 明提出一種相應(yīng)的解決方法，試圖突破大氣擾動(dòng)和光學(xué)系統(tǒng)的靜態(tài)像差對(duì)太陽(yáng)光柵光譜成 像裝置的成像質(zhì)量和光譜觀測(cè)性能的限制。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是；一種可校正系統(tǒng)像差的太陽(yáng)光柵光 譜成像裝置，包括；望遠(yuǎn)鏡、準(zhǔn)直器、傾斜鏡、波前校正器DM、二向色分光鏡、第一波前探測(cè) 器、波前控制器、成像系統(tǒng)、狹縫、準(zhǔn)直鏡、光柵、二向色分光鏡、準(zhǔn)直器、第二波前探測(cè)器、數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理及控制計(jì)算機(jī)組成。其中：
[0007] 太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)太陽(yáng)大氣活動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行成像后，經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直為平行光后入射至高 速傾斜鏡，用于實(shí)時(shí)校正大氣端流造成的波前整體傾斜；經(jīng)高速傾斜鏡后光束反射至波前 校正器DM，用于實(shí)時(shí)校正高階大氣端流像差引起的波前崎變；經(jīng)波前校正器反射后的光束 又被二向色分光鏡分為反射光和透射光，并分別進(jìn)入第一波前探測(cè)器和太陽(yáng)光柵光譜成像 裝置狹縫中；經(jīng)過(guò)狹縫后，光束被準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直為平行光并入射至光柵；經(jīng)光柵色散分光后， 目標(biāo)波長(zhǎng)又重新入射至準(zhǔn)直鏡。被準(zhǔn)直鏡會(huì)聚的光束被分光鏡分為兩束光。其中其中一束 光入射到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于光譜成像數(shù)據(jù)的采集，另一束光被準(zhǔn)直器準(zhǔn)直為平行光并入射 至第二波前探測(cè)器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的波前像差進(jìn)行探測(cè)。
[000引其中，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中的第一波前探測(cè)器和光譜儀系統(tǒng)中的第二波前探測(cè)器分別對(duì) 望遠(yuǎn)鏡中不斷變化的波前崎變和整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中的校正殘余波前像差進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)，并經(jīng) 數(shù)據(jù)處理及控制計(jì)算機(jī)處理后得到控制波前控制器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別用于控制高速傾斜鏡 和波前校正器DM進(jìn)行像差校正；校正后的光束又重新被望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中的波前第一探測(cè)器 和光譜儀系統(tǒng)中的第二波前探測(cè)器探測(cè)，探測(cè)到的波前數(shù)據(jù)又被傳送至數(shù)據(jù)處理及控制計(jì) 算機(jī)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)對(duì)波前像差進(jìn)行不斷探測(cè)和校正。其中，數(shù)據(jù)處理及控制計(jì) 算機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同工作。
[0009] 任意的一個(gè)隨機(jī)波前像差均可用Zernike多項(xiàng)式表示，如下式所示：
[0010]
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