[发明专利]一种相邻拼接镜间piston误差检测系统

说明书

本申请公开了一种相邻拼接镜间piston误差检测系统，包括：发射单元，用于提供宽带光；调制单元，包括空间光调制器和散射介质，用于对宽带光进行动态调制；分光单元，用于分光并分别传输至光谱测量单元和拼接子镜的反射面；光谱测量单元，用于测量受空间光调制器和散射介质调制后的光谱分布；拼接子镜，用于将分光单元分光后的光束反射至成像单元；成像单元，用于采集衍射图样；处理单元，用于控制空间光调制器将光谱形状和分布调整到指定形状，还用于对衍射图样进行分析处理，获得相邻两拼接子镜间的piston误差值。该系统克服了2π模糊效应，使相邻拼接镜piston误差检测的范围动态可调，可同时实现大测量范围和高测量精度。

技术领域

本发明涉及拼接镜面检测领域，特别是涉及一种相邻拼接镜间piston误差检测系统。

背景技术

地基望远镜成像系统的分辨能力跟望远镜的口径、观测波长和大气视宁等因素有关，大气视宁的影响通过自适应光学的技术可以得到很好的校正，在特定的观测波长下，地基望远镜的成像系统的分辨能力与望远镜的有效口径呈正比，但是随着天文学的不断进步，天文学家们为了观测到在宇宙更深处的天文目标对望远镜的口径提出了更高的要求。然而，受限于镜坯制备、光学加工、运输装调、结构设计、技术风险等一系列因素的影响，单块主镜望远镜的口径无法一直增大。为了突破单口径望远镜镜面的技术壁垒，产生了拼接镜面技术。

拼接镜面技术使建造的望远镜口径急剧增大，解决了天文学家对更大口径望远镜的迫切需要。但是，使用拼接镜技术同样面临着许多新的问题与挑战，其中亟待解决的是拼接子镜的共相问题。共相要求拼接子镜间相位一致，只有达到共相时才能实现跟同样口径的单镜完全相同的成像效果。这就要求通过调整拼接子镜的piston实现共相。调整过程通过位于拼接子镜背部的高精度微位移促动器实现，这就需要对相邻拼接镜间的piston进行高精度的检测。

拼接望远镜在执行观测任务时受到重力作用方向改变、振动、热梯度等因素的影响拼接子镜间的相对位置会发生改变，拼接镜的共焦探测一般通过Shack-Hartmann波前探测技术感知，由位于拼接子镜背部的位移促动器调整后只剩下piston误差。目前针对拼接镜间piston误差探测的方法主要有波前曲率法、Shack-Hartmann法、金字塔传感器法、相位恢复和相位差法等。以上方法都是基于单色光源或者多色光源。然而，在实际的应用过程中，基于单色光源的技术测量结果受到单色光波长的调制而出现周期性变化，从而产生2π模糊效应。2π模糊效应使得基于单色光测量技术的测量范围受单色光波长的影响变成±λ，从而大大降低了技术的应用范围。基于多色光源的技术虽然一定程度上解决了单色光源技术中的2π模糊效应，但是也引入了其他一系列问题，如多色光源的选取需要精确计算选取光源的波长，且采用多个单色光激光器会引入非共光路误差；采用滤光片对白光光源滤波的方式虽然简单易行，但是滤波得到的光谱固定，且某些特定光谱分布的滤光片受材料属性的影响很难选取满足特定需求的滤光片，给工程应用造成困难；也就是说，多色光源技术中由于采用的光源的波长固定，测量范围也固定，无法动态调节拼接镜间piston误差的测量范围。而在拼接镜间piston误差探测过程中，需要测量精度高，测量范围大的技术方案，然而，这是一对矛盾体，要提高测量精度就需要用单色光，要提高测量范围就需要增加光谱范围，二者不可得兼。

因此，如何在拼接镜间piston误差探测时同时保证大量程和高测量精度，且排除2π模糊效应，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种相邻拼接镜间piston误差检测系统，测量范围大、测量精度高、可排除2π模糊效应。其具体方案如下：

一种相邻拼接镜间piston误差检测系统，包括：发射单元，调制单元，分光单元，光谱测量单元，相邻两拼接子镜，成像单元和处理单元；其中，

所述发射单元，用于提供宽带光；

所述调制单元，包括空间光调制器和散射介质，用于对所述发射单元提供的宽带光进行动态调制；