[发明专利]一种基于多波长相位调制的拼接主镜共相误差探测方法

说明书

本发明涉及了一种基于多波长相位调制的拼接主镜共相误差探测方法，可用于拼接望远镜主镜的共相误差探测。本方法通过给拼接主镜的一个子镜添加特定的相位调制，用探测器测得系统的一组点扩散函数PSF值，对这组PSF值进行处理得到拼接镜在特定波长下的部分相位差，再在不同波长情况下重复上述过程得到多个部分相位差，通过对多个波长情况下的各个部分相位差进行处理得到拼接镜成像系统的共相误差。本方法使用空间相位调制器件对拼接望远镜主镜的一个子镜进行相位调制，算法恢复共相误差不需要迭代计算，能快速精准的探测系统的共相误差，同时由于本方法利用了多波长信息，克服了2π模糊的影响，从而极大的提高了共相误差的探测范围和精度。

技术领域

本发明属于光学成像望远镜领域，具体涉及一种基于多波长相位调制的拼接主镜共相误差探测方法。

背景技术

光学成像望远镜系统的分辨能力正比于其口径大小，为了提高望远镜的性能，无论是天基还是地基望远镜，近年来都向着长焦距大口径的方向不断发展。然而，当传统单口径望远镜系统的主镜口径增大到将近10米级别时，由于受到了材料成本现有的工艺加工水平和火箭发射运载技术等一系列问题的制约，其制造难度和复杂度成非线性上升，通过继续增大单口径望远镜口径来获得更高分辨率已经不太现实。

为了突破单口径望远镜的镜面制造技术的局限，让望远镜分辨本领继续得到提升。人们提出了使用拼接主镜来替代单口径望远镜。上世纪末，美国先后完成了10米口径的拼接型望远镜KeckⅠ和KeckⅡ的制造，这两个拼接主镜各自均由36块子镜构成。随后，在2005年，由91块子镜拼接构成的HET望远镜也投入使用。近年来提出的30米口径的TMT和更大口径的E-ELT拼接望远镜也在建造中。拼接镜技术给建造大口径和超大口径望远镜带来了希望，但也带来了新的挑战，其中，最为关键的就是拼接主镜之间的共相误差的探测问题，在实际应用中，由于装配误差、固有误差及大气湍流等原因，容易给子镜之间带来共相误差。子望远镜间共相误差的存在会影响光学合成孔径成像望远镜阵列的干涉效果，造成主瓣能量下降，降低成像质量。为保证拼接望远镜系统的成像效果，需要将子镜之间的共相误差控制在λ/10之内。共相误差探测与校正是实现各个子镜共相的重要技术，对于拼接主镜望远镜系统实现高分辨力观测具有重要意义。目前比较成熟的共相误差探测技术包括夏克-哈德曼传感器、波前曲率传感器和基于图像的相位差法。夏克-哈德曼传感器设计制造复杂，成本高，且无法探测复杂度高的波前。波前曲率传感器测量精度低，不适用于高分辨率成像系统。基于图像的相位差法需要复杂的后续迭代算法来处理图像，实时性差。此外，现有的这些方法均无法解决2π模糊的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种易于实现、实时性好、测量范围大、不受2π模糊影响的基于多波长相位调制的拼接主镜共相误差探测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于多波长相位调制的拼接主镜共相误差探测方法，实现步骤如下：

(1)设置点光源的发出光的波长为λ₁；

(2)将探测器置于待探测的拼接镜系统的像面上，对拼接镜系统的某一特定子镜进行相位调制，依次给其加上φ₁,φ₂,…,φ_k,…φ_M的相位调制，其中：

φ_k＝2π*(k-1)/M(1)

k为整数且1≤k≤M，M为总共的调制步数且M≥3，并依次使用相机测得系统的点扩散函数PSF₁,PSF₂,…,PSF_k,…,PSF_M；

(3)通过一个计算过程得到各个子镜在λ₁下的部分相位差，计算过程如下：