[发明专利]液晶-变形镜的混合式自适应光学系统设计方法

说明书

本发明是液晶校正器和变形镜的双校正器自适应光学系统设计方法，目的是解决数米大口径望远镜的近红外～中红外宽谱段波前自适应校正成像的问题。该系统采用一个波前探测器、一个能工作于短波红外～中远红外波段的变形镜和能工作于近红外波段的液晶校正器；对变形镜闭环控制、液晶校正器开环控制，利用Zernike模式重构波前；其中变形镜校正前几十项Zernike低阶模式，然后将一级校正后的光束分为两束，其中长于950nm的长波波段已能达到高分辨率成像要求；而对于700nm～950nm波段的光束，再用液晶校正器做几十项之后的高阶Zernike模式的二级校正，从而在近红外～中红外全波段获得自适应光学高分辨成像。

技术领域

本发明属于自适应光学领域，是液晶-变形镜的混合式自适应光学系统设计方法。该系统涉及液晶校正器、变形镜、快速振镜、波前探测器、自适应光学控制器和分色片等光学元件的组合，可以实现数米大口径望远镜的近红外～中红外宽波段波前自适应校正成像。

背景技术

基于大口径地基望远镜的光波前自适应校正系统的功能是对入射光的畸变波前进行实时补偿校正，得到理想的光学成像。

波前校正器是自适应光学系统的关键器件。传统的自适应光学系统只有一个波前校正器，其中采用变形镜的自适应校正系统具有响应速度快、光损耗低和工作光波段较宽的优势，但是变形镜的驱动器单元数和驱动量受到制造工艺的限制，很难做到千单元以上还保持足够的4μm～5μm的驱动量。故当望远镜接收的波前口径大于4米时，能量最强的也是大气湍流干扰最强烈的可见～近红外光波段，其波前畸变的空间频率或波前畸变峰谷值往往超出变形镜的调制范围。因此，有些大口径自适应光学系统提出了采用双变形镜的设计方法来解决驱动器单元数增多与驱动量之间的矛盾【D.Gavel and A.Norton,Woofer-tweeter deformable mirror control for closed-loop adaptive optics:theory andpractice,Proc.SPIE 9148,91484J(2014).】，然而波前畸变中高频成分的影响会随着波长变短而凸显出来，即使是双变形镜的大口径自适应光学系统，大多仍应用在中红外波段，对于可见～近红外波段来说，变形镜校正器的能力欠佳。

目前，液晶光调制器作为自适应光学系统的波前校正器已经发展得很成熟，与传统的变形镜相比，具有空间分辨率高、能在近红外波段匹配4米到8米口径望远镜的波前、调制量大、校正精度高、制备工艺成熟的优势。然而液晶校正器是通过控制折射率来改变光程、进而对波前进行调制的，由于液晶材料折射率变化量有限的问题，导致它不能在红外长波段工作【Quanquan Mu,Zhaoliang Cao,Novel spectral range expansion method forliquid crystal adaptive optics,Opt.Express 18(21),21687-21696(2010).】，目前液晶自适应光学系统的校正成像波段是700nm～950nm近红外波段，也称I波段。因此，需通过结合变形镜实现向长波方向扩展的宽波段校正成像效果。

通常大气湍流对中远红外波段的成像影响可以忽略，本发明主要解决数米大口径望远镜的近红外～中红外宽波段波前自适应校正成像的缺陷问题。本发明可以实现700nm～2500nm的宽波段校正成像，向长波方向大幅拓宽纯粹液晶自适应光学系统的成像波段范围，解决纯粹变形镜自适应光学系统难于在大口径近红外波段良好成像的问题。

发明内容

本发明提供一种液晶校正器和变形镜混合的双校正器自适应光学系统，目的是在数米大口径望远镜上实现700nm～2500nm的宽波段自适应校正成像，解决数米大口径望远镜在近红外～中红外宽波段波前自适应校正成像的缺陷问题。

下面详述本发明。