[发明专利]一种太阳多层共轭自适应光学系统

权利要求书

1.一种太阳多层共轭自适应光学系统，其特征在于：包括低层大气波前校正器(1)、低层大气波前探测器(3)、波前控制器(4)、光学中继系统(5)、中高层大气波前校正器(6)、中高层大气波前探测器(8)，成像系统(9)、第一分光镜(2)及第二分光镜(7)；所述低层大气波前校正器(1)位于近地表层湍流的共轭位置或入瞳共轭位置，校正等晕区内湍流累积的波前像差，由于不同方向的光波在地表层处趋于重合，低层大气波前校正器(1)又可视为校正地表层湍流引起的波前像差；所述低层大气波前探测器(3)共轭于入瞳位置，位于中高层大气波前校正器(6)之前，对等晕区内区域进行高阶Zernike波前像差探测；所述中高层大气波前探测器(8)共轭于入瞳位置，对大视场范围内不同方向的湍流引起的波前畸变进行探测，每一次探测同时获得多路离轴波前像差；所述中高层大气波前校正器(6)位于中高层湍流的共轭位置，用于校正中高层湍流引起的波前像差，不同站址强湍流层高度不同，具体高度根据站址大气视宁度统计特性而定；所述光学中继系统(5)调整高低层湍流校正顺序，使中高层大气波前校正器(6)位于低层大气波前校正器(1)后面；所述波前控制器(4)综合处理低层大气波前探测器(3)和中高层大气波前探测器(8)得到波前信息，通过层析算法分离出不同层湍流信息，并控制低层大气波前校正器(1)和中高层大气波前校正器(6)对大气湍流进行多层校正；成像系统(9)位于系统末端，用于采集系统校正补偿后高分辨图像；第一分光镜(2)与第二分光镜(7)主要用于分光，其中第一分光镜(2)位于低层波前校正器之后，经过分光后一路光进入后续光学系统，另一路光进入低层大气波前探测器；第二分光镜(7)位于中高层大气波前校正器(6)之后，经过分光后一路光进入成像系统(9)，另一路进入中高层大气波前探测器(8)；

带有波前畸变的光波进入后首先经过低层大气波前校正器(1)，校正等晕区内湍流累积的波前像差，由于不同方向的光波在地表层处趋于重合，低层大气波前校正器(1)又可视为校正地表层湍流引起的波前像差，随后第一分光镜(2)将光波分为两路，其中一路进入低层大气波前探测器(3)，低层大气波前探测器(3)探测到经过低层大气波前校正器(1)校正后的波前残差信息，该信息经波前控制器(4)处理后反馈控制低层大气波前校正器(1)产生新的校正波前面型，完成低层大气波前探测与校正的闭环控制；由第一分光镜(2)分出的另一路光波首先经过光学中继系统(5)，重新构造中高层大气湍流的共轭位置，随后进入中高层大气波前校正器(6)，中高层大气波前校正器(6)位于中高层湍流的共轭位置，对中高层湍流引起的波前像差进行校正；校正后的光波再由第二分光镜(7)分为两路，其中一路进入中高层大气波前探测器(8)，中高层大气波前探测器(8)对大视场范围内不同方向的湍流引起的波前畸变进行探测，每一次探测同时获得多路离轴波前像差，波前控制器(4)综合处理低层大气波前探测器(3)和中高层大气波前探测器(8)得到波前信息，通过层析算法分离出不同层湍流信息；其中中高层湍流引起的波前像差反馈控制中高层大气波前校正器(6)产生相应的校正面型，完成中高层大气波前探测与校正的闭环控制；经过两层校正后，由第二分光镜(7)引出的另一路光进入后端的成像系统(9)，最终实现大视场范围内高分辨成像。

2.根据权利要求1所述的太阳多层共轭自适应光学系统，其特征在于：所述低层大气波前探测器(3)为波前探测器，所述波前探测器包括哈特曼波前探测器、干涉仪、曲率传感器或相位差传感器。

3.根据权利要求1所述的太阳多层共轭自适应光学系统，其特征在于：所述中高层大气波前探测器(8)是多个波前探测器分别探测不同方向的波前信息，也可以是单个大靶面哈特曼波前探测器，每个子孔径对应较大视场，可以在子孔径内划分子区域，每个子区域对应不同方向不同视场。

4.根据权利要求1所述的太阳多层共轭自适应光学系统，其特征在于：所述低层大气波前校正器(1)、中高层大气波前校正器(6)均采用变形反射镜，所述变形反射镜包括压电式变形反射镜、PMN变形反射镜、Bimorph变形反射镜及MEMS变形反射镜。

5.根据权利要求1所述的太阳多层共轭自适应光学系统，其特征在于：所述波前控制器(4)利用层析算法计算得到中高层大气湍流引起的波前像差采用平均层析算法或大气层析算法。