[发明专利]一种瑞利信标与钠信标结合的共孔径发射与校正望远镜

说明书

技术领域

本发明为一种自适应光学装置，特别涉及一种瑞利信标与钠信标结合的共孔径发射与 校正望远镜，适合于大气观测条件较差，对信标光斑质量要求较高的人造信标自适应光学 系统中。

背景技术

自适应光学(AdaptiveOptics,AO)是近20余年来发展起来的新技术。其关键就在于 通过探测大气湍流对波前扰动造成的畸变进而对观测目标进行补偿校正。当物体本身亮度 不足或者物体等晕角之内没有满足条件的恒星时，需要使用人造信标来进行波前畸变的探 测。目前主要的信标有两种：一种是钠信标，利用90km高空的钠原子的共振散射产生的后 向散射光作为信标；另一种是瑞利信标，利用低层大气，通常在25km以下的大气分子的后 向瑞利散射作为信标。

瑞利信标是由大气分子的瑞利散射产生，产生的亮度随着高度增加成指数衰减，瑞利 信标产生的高度只能在较低海拔，对大气采样不充分，解决的办法是采用钠信标。钠信标 是利用激光精确对准钠原子的D₂线，激发距离地面90km高空的钠层中的钠原子向高能级 跃迁，实现自发辐射产生信标光，圆锥区域所覆盖的体积大于瑞利信标，进行自适应波前 探测也更精确。

由于信标光斑的形态直接影响着最后波前探测的结果，所以尽可能地使得到的信标更 小更亮。与信标的形态直接相关的因素就是大气相干长度r_o，国外站址的大气条件较好，r_o能够达到15cm左右；而在国内，只能达到5-10cm,使得信标光斑形态被大气湍流模糊展开， 严重影响自适应光学系统波前探测精度。

目前国内外信标的发射装置主要有：未对产生信标的上行光路进行补偿，直接发射信 标。这种发射装置不能主动控制光斑形态，不适用于较恶劣的大气条件中。国际天文望远 镜由于站址优良，发射之前均未对激光波前进行预校正便可以满足使用要求，如日本的 Subaru望远镜、美国的Keck望远镜等；第二种是对产生信标的上行光束进行补偿，使获得 的信标更亮。如星火靶场(StarfireOpticalRange,SOR)的3.5米望远镜，为了获取更小的 光斑，在发射路径上选择恒星目标进行上行光束预校正的信标，实现对发射光束的预补偿， 获得了光斑尺寸比原来光斑小1/2的效果，但是该方法需要在发射路径中找到合适的较亮的 恒星目标，极大地限制了系统的观测天区。

发明内容

本发明的技术解决问题是：带自适应光学系统的望远镜在较恶劣站址下工作时，不依 赖外部其他自然信标源时，通过瑞利信标与钠信标结合的共孔径发射与校正望远镜，在产 生钠信标的同时，利用发射望远镜接收低层瑞利信标回光，实现共孔径发射的激光上行光 束预校正，实时补偿在发射孔径内的大气湍流的影响，解决由于站址大气湍流条件差而造 成的钠信标光斑形态退化的问题，为自适应光学系统产生校正后的理想钠信标。

本发明的技术解决方案是：瑞利信标与钠信标结合的共孔径发射与校正望远镜包括： 激光器、信标上行光束实时补偿系统和发射望远镜。其特征在于所述的信标上行光束实时 补偿系统包括：变形反射镜，倾斜反射镜，瑞利信标波前探测器和波前控制器。从激光器 中发出的589nm的线偏激光，依次通过倾斜反射镜，变形反射镜和分光机构，随后由发射 望远镜扩束准直后输出，在90km高空产生钠信标，同时上行的过程中激光将在25km下产 生瑞利信标；发射望远镜在发射上行激光的同时接收瑞利信标的回光，由瑞利信标波前探 测器进行实时探测，通过波前控制器控制发射光路中的变形反射镜和倾斜反射镜实现对发 射上行激光的预校正，从而控制在90km钠层形成钠信标的光斑形态。

所述激光器可以是脉冲激光器，也可以为连续激光器，中心波长要求精确对准钠原子 的D_2a谱线。

所述变形反射镜和倾斜反射镜可以为两块分离的镜面，也可以是集成为一起的具备独 立倾斜校正的变形反射镜。变形反射镜镀有高反射膜系；能够同时校正倾斜误差和高阶误 差；利用逆压电效应产生位移，可以是压电晶片变形镜，可以是薄膜变形镜，可以是表面 微机械变形镜和液晶器件。

所述的分光系统可以是普通的半透半反分光镜，但是这种分光方式发射损耗太大，可 以采用以下两种分光方法：