[发明专利]一种太阳多层共轭自适应光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种大视场波前探测与多层校正的多层共轭自适应光学系统，属于自适应光学技术领域。

背景技术

自适应光学(AO)技术经过三十多年的发展，已经在多个领域起到举足轻重的作用。在天文应用领域，AO技术目前已经成为大口径地基夜天文望远镜与太阳望远镜不可或缺的组成部分。但是受等晕区限制，自适应光学技术只能在很小范围内获得高分辨力成像，这严重限制了AO技术在大视场观测场合的运用。在夜天文观测中，小范围内无法找到满足观测亮度要求的导引星，使得在自然导星情况下，采用AO进行观测的空域范围受到严重限制，激光导星虽然可以解决导引星问题，但同时又会带来所谓“锥效应”的问题。为此J.M.Beckers于1988年提出了多层共轭自适应光学(MCAO)技术，主要用于解决AO技术中观测等晕效应与激光导星技术的锥效应问题。

在针对太阳的天文观测中，高分辨成像对于研究太阳磁场活动进而推动太阳天文物理学进展有至关重要的作用，因此，致力于高分辨成像的自适应光学技术较早的在太阳望远镜中得以运用。但是由于太阳活动区域往往在一个比较大的视场内，受到等晕区限制，自适应光学只能校正太阳活动的部分区域，太阳自适应光学急需要MCAO技术扩大其校正视场。另一方面，太阳也是进行MCAO技术试验的理想平台，MCAO技术需要不同方向多导星进行大视场范围内波前探测，在夜天文领域，很难找到满足位置要求和亮度要求的自然导星，通常采用多激光导星技术，而太阳本身为一个扩展目标，可以根据需要在其表面选取不同方向不同视场区域内的黑子或米粒结构作为导引星进行波前探测。

目前国内尚无太阳MCAO技术研究的报道，国外主要有德国太阳物理研究所(KIS)与美国国家太阳天文台(NSO)两个单位在2003年前后搭建了MCAO试验系统。考虑系统制造成本以及实现复杂度等方面问题，两个试验系统均采用两层校正的形式。德国KIS基于VTT上MCAO试验系统采用两层完全的分离探测与控制的方式，即首先用其原有的太阳AO系统进行校正；随后再用MCAO探测器探测大视场范围内剩余波前误差，并控制共轭于高层湍流的变形镜进行再校正。这种结构的MCAO系统只需要在原有AO系统后端续接一个MCAO探测与校正模块，因此实现简单，但是由于其两层探测与校正完全独立，控制上没有将高低层湍流信息分离开供两层波前校正器校正。这种结构实际上是两个AO系统的串联，严格意义上甚至不能称之为MCAO系统。而美国NSO研制的MCAO试验系统，虽然统一控制两层湍流引起的波前像差的探测与校正，但是其结构设计上未考虑调整高低层波前校正器位置，即未通过光学中继系统调整两层校正的位置，致使系统校正存在较大误差，到目前为止，该试验系统尚未取得十分理想的观测结果。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种太阳多层共轭自适应光学系统，可以实现大视场范围内的高分辨成像，且提高了系统校正的准确度，对太阳天文研究有十分重要的意义。