[发明专利]一种基于自适应光学的平行光管波前像差预补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种平行光管波前像差预补偿装置，特别是一种基于自适应光学的平行光管波前像差预补偿装置，属于光学检测领域。

背景技术

平行光管是最常用光学系统检校设备，可以发出平行光，用来模拟无限远目标。高精度的平行光管通常是照相物镜和望远物镜等无限共轭成像光学系统的调校和像质检验不可缺少的测量基准。过去的平行光管口径较小，焦距较短，加工装调误差较小，受温度变化、温度梯度、气流扰动、平台振动等环境因素的影响较小，因而一般无需对波前像差进行实时补偿校正。随着口径、焦距的增大，上述环境因素对平行光管的影响也越来越大，引入的波前像差不可忽略。

目前，大口径、长焦距的平行光管通常是在抽真空的状态下进行测试，以避免气流扰动等因素对平行光管造成的不利影响。此外，需要对平行光管进行高精度温度控制、高性能隔振、高稳定的结构支撑以避免平行光管自身产生面形误差进而给系统引入波前像差，影响检校精度。传统的大口径、长焦距平行光管具有较大的局限性，主要在于：

1)大口径、长焦距平行光管气流扰动影响较大，需要抽真空加以消除，而抽真空的过程较长，影响测试进度，增加测试成本；

2)传统方案中，通常需要在平行光管出口处放置一块面形精度高、材料均匀性良好的窗口玻璃以实现密封，而在抽真空过程中内外的气压差会使窗口玻璃发生变形并引入新的波前像差，影响平行光管的检校精度；

3)如果不用窗口玻璃，则一般需将平行光管与真空罐对接，将被检光学系统置于真空罐里，并将平行光管和真空罐一同抽真空，然而被检光学系统处于真空罐中，装调检测很不方便；

3)传统方案中，抽真空、温度变化、平台振动等因素给平行光管引入的波前像差难以消除，影响平行光管的检校精度；

4)传统方案中，难以在工作过程中实时监测平行光管的自身的波前像差和检校精度；

5)传统方案中，要保证高精度温度控制，需要环境温度始终控制在一定范围内，如果环境温度发生较大变化后需要较长时间才能实现温度平衡，降低检校效率。

光子学报文章编号1004-4213(2008)05—1020—3，发表日期为2008年5月，名称为“平行光管气流扰动的液晶自适应光学校正”中介绍了一种用于平行光管气流校正的液晶自适应光学系统，主要是开展了液晶自适应光学系统校正平行光管气流扰动试验，该方案采用采用夏克-哈特曼探测器探测波前像差、采用LCOS液晶校正器校正波前像差、用透镜光学系统进行光路调整，将平面反射镜置于平行光管出口处以实现光路返回。这种技术方案初步实现的平行光管的气流扰动校正，但其不足之处在于：波前探测器仅能探测平行光管的波前像差，不能探测自适应光学系统自身的波前像差，具有较大的非共光路像差，影响波校正精度和检校精度；LCOS液晶校正器，只能对线偏振光进行校正，对于自然光能量利用率低于50％；LCOS液晶校正器的校正频率低于100Hz，只能进行低频像差校正；LCOS液晶校正器具有色散效应、适用谱段窄(小于50nm)，不能用于白光校正；采用透镜系统，存在色散效应、光路体积较大，有镜头表面反射杂散光等局限性；采用平面反射镜替代窗口玻璃，仅可以用于自适应光学系统对气流的校正实验，无法同时保证平行光管正常检校工作，无法在工程上实际应用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于自适应光学的平行光管波前像差预补偿装置，克服了目前基于抽真空方法大口径长焦距的平行光管抽真空的缺点，有效解决了温度变化、温度梯度、气流扰动、平台振动等环境因素对大口径长焦距的平行光管检校精度的影响，实现了波前像差的实时探测与预补偿，节省了大量试验时间和成本，显著提高了检校性能。

本发明的技术解决方案是：一种基于自适应光学的平行光管波前像差预补偿装置，包括：大口径长焦距平行光管和自适应光学系统；

大口径长焦距平行光管包括反射镜组件和窗口玻璃；

自适应光学系统包括光源组件、分束片、第一离轴反射镜、第二离轴反射镜、第三离轴反射镜、波前探测器、波前校正器和折转反射镜；

光源组件位于自适应光学系统的焦点处；光源组件发出的光线一部分经分束片透射出去，另一部分经分束片反射后达到第二离轴反射镜，第二离轴反射镜将分束片反射的发散光反射变成准平行光后达到波前校正器；

波前校正器对第二离轴反射镜反射的准平行光进行波前校正后反射至第三离轴反射镜；第三离轴反射镜将波前校正器反射的校准后准平行光会聚于平行光管的焦点后进入平行光管；