CN104501973B - 基于自适应光学系统的太阳大气多波段高分辨力层析成像装置 - Google Patents

基于自适应光学系统的太阳大气多波段高分辨力层析成像装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于自适应光学系统的太阳大气多波段高分辨力层析成像装置，主要由准直镜、波前校正器、缩束系统、二色分光镜、夏克‑哈特曼波前传感器、精跟踪波前传感器、波前控制器、蓝光成像通道、红光成像通道、近红外光成像通道以及数据存储系统组成。不同波段太阳光对应太阳大气的不同高度，本发明通过对多个波段太阳光同时成像，并利用自适应光学系统消除大气湍流对地基望远镜成像的影响，实现太阳大气的高分辨力层析成像。该装置中引入自适应光学系统，保证图像的空间分辨力，多个波段太阳光根据波长长短先后进入不同的成像通道，提高各成像通道能量利用率。本发明在太阳观测领域具有重要的应用前景，对太阳物理研究具有重要意义。

Description

基于自适应光学系统的太阳大气多波段高分辨力层析成像 装置
技术领域
本发明涉及一种太阳大气多波段高分辨力层析成像装置，特别是一种基于自适应光学系统的太阳大气多波段高分辨力层析成像装置。
背景技术
太阳物理学理论认为，不同高度的太阳大气有不同的温度，对应不同的光谱，利用滤光器或光谱仪在不同波长处对太阳进行观测，就可以得到不同层次的太阳结构图(参见：太阳活动区物理，方成、丁明德、陈鹏飞著，南京大学出版社，pp.5-8)，另一方面，随着太阳物理学研究的深入，太阳观测中对空间尺度的要求越来越小，即要求观测仪器具有更高的空间分辨力，地基大口径太阳望远镜受到大气湍流的影响，必须借助自适应光学技术才能获得接近衍射极限的分辨力。
国外荷兰45cm口径开放式望远镜DOT(Dutch Open Telescope)曾经开展过太阳多波段层析成像技术研究，但是其探测的波长只在可见光波段，并且未配备自适应光学系统，高分辨率图像只能通过图像后处理的方式获得，无法获得实时的多波段高分辨力层析成像数据。
本发明基于自适应光学系统的太阳大气的多波段高分辨力层析成像装置，在太阳物理研究领域具有重要的应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：针对太阳观测中高分辨力，多波段同时观测的需求，提供一种基于自适应光学系统的太阳大气的多波段高分辨力层析成像装置，具备同时获取多个波段高分辨力太阳图像的能力。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种基于自适应光学系统的太阳大气多波段高分辨力层析成像装置，该装置包括准直镜11、反射镜12、倾斜波前校正器13、高阶波前校正器14、缩束系统15、波前控制器18、夏克-哈特曼波前传感器25、精跟踪波前传感器27、二色分光镜16和17、蓝光成像通道2、红光成像通道3、近红外光成像通道4以及数据记录系统5。经过太阳望远镜的光波经准直镜11准直成合适的口径后，由反射镜12反射至倾斜波前校正器13和高阶波前校正器14，校正后的光被缩束系统15缩束后根据波长长短分别进入蓝光成像通道2、红光成像通道3和近红外光成像通道4，二色分光镜16将620nm以下波长的太阳光透射至蓝光成像通道2，其余光均反射，二色分光镜17将620nm～780nm波长的太阳光透射至红光成像通道3，波长大于780nm的太阳光被其反射进入近红外光成像通道4。不同波长太阳高分辨力图像由数据记录系统5统一采集并存储。精跟踪波前传感器27和夏克-哈特曼波前传感器25使用500nm～550nm波长进行探测，位于蓝光通道2内，其探测的波前信息经波前控制器处理后，控制倾斜波前校正器13和高阶波前校正器14，对大气湍流引起的低阶和高阶像差分别进行闭环校正，提高图像空间分辨力和信噪比。
本发明与现有技术相比有如下优点：
(1)本装置引入自适应光学系统，消除大气湍流的影响，提高图像的信噪比，保证了多波段层析成像的空间分辨力。
(2)本装置覆盖可见光到近红外波段的7个波长，其中3个波长对应太阳大气光球层，4个波长对应太阳大气色球层，589nm、1083nm和1565nm波长均首次用于多波段高分辨力层析成像装置。
(3)多个波段太阳光根据波长长短分别进入不同的成像通道，提高各成像通道能量利用率。
附图说明
图1为本发明中装置结构示意图；
图2为本发明中成像子通道的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明包括准直镜11、反射镜12、倾斜波前校正器13、高阶波前校正器14、缩束系统15、波前控制器18、夏克-哈特曼波前传感器25、精跟踪波前传感器27、二色分光镜16和17、蓝光成像通道2、红光成像通道3、近红外光成像通道4以及数据记录系统5。经过太阳望远镜的光波经准直镜11准直成合适的口径后，由反射镜12反射至倾斜波前校正器13和高阶波前校正器14，校正后的光被缩束系统15缩束后根据波长长短分别进入蓝光成像通道2、红光成像通道3和近红外光成像通道4，二色分光镜16将620nm以下波长的太阳光透射至蓝光成像通道2，其余光均反射，二色分光镜17将620nm～780nm波长的太阳光透射至红光成像通道3，波长大于780nm的太阳光被其反射进入近红外光成像通道4。不同波长太阳高分辨力图像由数据记录系统5统一采集并存储。精跟踪波前传感器27和夏克-哈特曼波前传感器25使用500nm～550nm波长进行探测，位于蓝光通道2内，其探测的波前信息经波前控制器处理后，控制倾斜波前校正器13和高阶波前校正器14，对大气湍流引起的低阶和高阶像差分别进行闭环校正，提高图像空间分辨力和信噪比。
所述的蓝光成像通道2包括二色分光镜21,二色分光镜23、比例分光镜24、反射镜26,反射镜28、430nm成像子通道22、夏克-哈特曼波前传感器25、精跟踪波前传感器27和589nm成像子通道29。波长小于620nm的太阳经过二色分光镜16透射至蓝光成像通道2后，二色分光镜21和二色分光镜23分别以460nm和570nm为界，将太阳光分为小于460nm，460nm-570nm，570nm-620nm三个部分，其中小于460nm的太阳光经二色分光镜21透射至430nm成像子通道22中；460nm-570nm经二色分光镜23反射进入精跟踪波前传感器27和夏克-哈特曼波前传感器25，比例分光镜24根据精跟踪波前传感器27和夏克-哈特曼波前传感器25的能量需求对太阳光进行比例分光。波长在570nm-620nm范围的太阳光透过二色分光镜23后，经反射镜28后进入589nm成像子通道29。
所述的红光成像通道3包括二色分光镜31、反射镜33、656nm波长成像子通道32、和705nm成像子通道34。波长在620nm-780nm的太阳光进入红光通道后，二色分光镜31将波长小于680nm的光反射进入656nm波长成像子通道32，其余光均透射至705nm成像子通道34。
所述的近红外光成像通道4包括二色分光镜41、二色分光镜43、反射镜45、854nm波长成像子通道42、1083nm波长成像子通道44和1565nm成像子通道46。波长在780nm-900nm的太阳光经二色分光镜41透射至854nm波长成像子通道42，波长在900nm-1300nm的太阳光经二色分光镜43反射至1083nm波长成像子通道44，波长大于1300nm的太阳光经二色分光镜43透射后由反射镜45反射至1565nm成像子通道46。
如图2所示，所述的7个波长的成像子通道(22,27,29,32,34,42,44,46)具有相似的结构，均包含滤光片或滤光器201、成像物镜202和成像探测器203。滤光片或滤光器201根据太阳观测需求在不同的成像子通道中选择各自谱线的中心波长和带宽；成像物镜202对太阳光进行汇聚成像；成像探测器203用于记录图像，在可见光成像子通道中，成像探测器203为可见光成像探测器，在近红外成像子通道中，成像探测器203为近红外成像探测器。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

Claims (1)

1.基于自适应光学系统的太阳大气多波段高分辨力层析成像装置，其特征在于：该装置包括准直镜(11)、反射镜(12)、倾斜波前校正器(13)、高阶波前校正器(14)、缩束系统(15)、波前控制器(18)、夏克-哈特曼波前传感器(25)、精跟踪波前传感器(27)、二色分光镜(16，17)、蓝光成像通道(2)、红光成像通道(3)、近红外光成像通道(4)以及数据记录系统(5)；经过太阳望远镜的光波经准直镜(11)准直成合适的口径后，由反射镜(12)反射至倾斜波前校正器(13)和高阶波前校正器(14)，校正后的光被缩束系统(15)缩束后根据波长长短分别进入蓝光成像通道(2)、红光成像通道(3)和近红外光成像通道(4)，二色分光镜(16)将620nm以下波长的太阳光透射至蓝光成像通道(2)，其余光均反射，二色分光镜(17)将620nm～780nm波长的太阳光透射至红光成像通道(3)，波长大于780nm的太阳光被其反射进入近红外光成像通道(4)；不同波长太阳高分辨力图像由数据记录系统(5)统一采集并存储；精跟踪波前传感器(27)和夏克-哈特曼波前传感器(25)使用500nm～550nm波长进行探测，位于蓝光通道(2)内，其探测的波前信息经波前控制器处理后，控制倾斜波前校正器(13)和高阶波前校正器(14)，对大气湍流引起的低阶和高阶像差分别进行闭环校正，提高图像空间分辨力和信噪比；
所述的蓝光成像通道(2)包括二色分光镜(21，23)、比例分光镜(24)、反射镜(26，28)、430nm成像子通道(22)、夏克-哈特曼波前传感器(25)、精跟踪波前传感器(27)和589nm成像子通道(29)；波长小于620nm的太阳经过二色分光镜(16)透射至蓝光成像通道(2)后，二色分光镜(21)和二色分光镜(23)分别以460nm和570nm为界，将太阳光分为小于460nm，460nm-570nm，570nm-620nm三个部分，其中小于460nm的太阳光经二色分光镜(21)透射至430nm成像子通道(22)中；460nm-570nm经二色分光镜(23)反射进入精跟踪波前传感器(27)和夏克-哈特曼波前传感器(25)，比例分光镜(24)根据精跟踪波前传感器(27)和夏克-哈特曼波前传感器(25)的能量需求对太阳光进行比例分光；波长在570nm-620nm范围的太阳光透过二色分光镜(23)后，经反射镜(28)后进入589nm成像子通道(29)；
所述的红光成像通道(3)包括二色分光镜(31)、反射镜(33)、656nm波长成像子通道(32)、和705nm成像子通道(34)；波长在620nm-780nm的太阳光进入红光通道后，二色分光镜(31)将波长小于680nm的光反射进入656nm波长成像子通道(32)，其余光均透射至705nm成像子通道(34)；
所述的近红外光成像通道(4)包括二色分光镜(41，43)、反射镜(45)、854nm波长成像子通道(42)、1083nm波长成像子通道(44)和1565nm成像子通道(46)；波长在780nm-900nm的太阳光经二色分光镜(41)透射至854nm波长成像子通道(42)，波长在900nm-1300nm的太阳光经二色分光镜(43)反射至1083nm波长成像子通道(44)，波长大于1300nm的太阳光经二色分光镜(43)透射后由反射镜(45)反射至1565nm成像子通道(46)；
所述的7个成像子通道(22，27，29，32，34，42，44，46)具有相似的结构，均包含滤光片或滤光器(201)、成像物镜(202)和成像探测器(203)；滤光片或滤光器(201)根据太阳观测需求在不同的成像子通道中选择各自谱线的中心波长和带宽；成像物镜(202)对太阳光进行汇聚成像；成像探测器(203)用于记录图像，在可见光成像子通道中，成像探测器(203)为可见光成像探测器，在近红外成像子通道中，成像探测器(203)为近红外成像探测器。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104749776A (zh) * 2015-04-15 2015-07-01 中国科学院光电技术研究所 基于复合型夏克-哈特曼波前传感器的太阳自适应光学系统
CN107515044A (zh) * 2017-09-21 2017-12-26 中国科学院云南天文台 多波段大视场天空成像技术的大气参数监测装置及方法
CN111562022B (zh) * 2020-06-02 2022-07-29 中国科学院光电技术研究所 一种用于强湍流校正的太阳自适应光学系统
CN114167597B (zh) * 2021-12-15 2023-06-30 中国科学院光电技术研究所 一种太阳望远镜光学系统及装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6278100B1 (en) * 1999-05-04 2001-08-21 Ball Aerospace & Technologies Corp. Synthetic guide star for on-orbit assembly and configuration of large earth remote sensing optical systems
US6563572B1 (en) * 2000-12-07 2003-05-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Correlating shack-hartmann wavefront sensor
CN1908722A (zh) * 2006-08-17 2007-02-07 中国科学院光电技术研究所 一种适合于白天工作的高分辨力成像自适应光学望远镜
CN102621687A (zh) * 2012-04-09 2012-08-01 中国科学院光电技术研究所 一种太阳多层共轭自适应光学系统
CN102981269A (zh) * 2012-12-06 2013-03-20 中国科学院光电技术研究所 一种基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置
CN103792656A (zh) * 2014-01-26 2014-05-14 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 适合白天目标观测的地基高分辨力红外成像望远镜
CN103901601A (zh) * 2014-04-23 2014-07-02 中国科学院光电技术研究所 一种可共用于太阳活动区观测和夜天文观测的全天时多功能望远镜装置
CN103925998A (zh) * 2014-04-18 2014-07-16 中国科学院光电技术研究所 一种可抑制光谱展宽的太阳自适应光学光栅光谱成像装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6278100B1 (en) * 1999-05-04 2001-08-21 Ball Aerospace & Technologies Corp. Synthetic guide star for on-orbit assembly and configuration of large earth remote sensing optical systems
US6563572B1 (en) * 2000-12-07 2003-05-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Correlating shack-hartmann wavefront sensor
CN1908722A (zh) * 2006-08-17 2007-02-07 中国科学院光电技术研究所 一种适合于白天工作的高分辨力成像自适应光学望远镜
CN102621687A (zh) * 2012-04-09 2012-08-01 中国科学院光电技术研究所 一种太阳多层共轭自适应光学系统
CN102981269A (zh) * 2012-12-06 2013-03-20 中国科学院光电技术研究所 一种基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置
CN103792656A (zh) * 2014-01-26 2014-05-14 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 适合白天目标观测的地基高分辨力红外成像望远镜
CN103925998A (zh) * 2014-04-18 2014-07-16 中国科学院光电技术研究所 一种可抑制光谱展宽的太阳自适应光学光栅光谱成像装置
CN103901601A (zh) * 2014-04-23 2014-07-02 中国科学院光电技术研究所 一种可共用于太阳活动区观测和夜天文观测的全天时多功能望远镜装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Accelerated speckle imaging with the ATST visible broadband imager;F.Woger等;《Proceedings of SPIE》;20120924;第8451卷;第84511C-1~84511C-2页 *
An updated 37-element low-order solar adaptive optics system for 1-m new vacuum solar telescope at Full-Shine Lake Solar Observatory;Changhui Rao等;《Proceedings of SPIE》;20120913;第8447卷;第844746-1~8447746-8页 *
SPINOR: Visible and Infrared Spectro-Polarimetry at the National Solar Observatory;H. Soca-Navarro等;《Solar Physics》;20060531;第235卷(第1（2006）期);第55-56、68-71页 *

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