CN113484972A - 大口径拼接镜共焦共相装置及共焦共相方法 - Google Patents

大口径拼接镜共焦共相装置及共焦共相方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113484972A
CN113484972A CN202110848954.8A CN202110848954A CN113484972A CN 113484972 A CN113484972 A CN 113484972A CN 202110848954 A CN202110848954 A CN 202110848954A CN 113484972 A CN113484972 A CN 113484972A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mirror
sub
adjustment
confocal
matrix
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110848954.8A
Other languages
English (en)
Inventor
安其昌
刘欣悦
李洪文
王建立
陈涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Original Assignee
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS filed Critical Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority to CN202110848954.8A priority Critical patent/CN113484972A/zh
Publication of CN113484972A publication Critical patent/CN113484972A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
    • G02B7/183—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors specially adapted for very large mirrors, e.g. for astronomy, or solar concentrators

Abstract

本发明提供大口径拼接镜共焦共相装置及共焦共相方法，装置部分包括光子灯笼、多模光纤、处理器组件；方法部分包括以下步骤：S1、建立表征子镜的调整量与光子灯笼的单一模态输出的光强之间的关系的灵敏度矩阵；S2、根据灵敏度矩阵以及进行调整时的光子灯笼的单一模态输出的光强，计算得到进行调整时的子镜的调整量，根据子镜的调整量对子镜进行调整。本发明采用光子灯笼，得到子镜的调整量与光子灯笼的单一模态输出的光强之间的关系矩阵，无需进行图像之间的匹配，将调整时的光强代入关系矩阵即可得到所有子镜的调整量，便于操作，与传统方法相比，得到结果更快更准确。

Description

大口径拼接镜共焦共相装置及共焦共相方法
技术领域
本发明涉及望远镜领域，特别涉及大口径拼接镜共焦共相装置及共焦共相方法。
背景技术
为了实现对宇宙更深、更详细的探索，望远镜的口径越来越大，其光学系统中平面镜的尺寸也越来越大。大口径望远镜在天文光学、地基空间目标探测、空间科学、军事侦察等领域得到了广泛的应用。实现望远镜的观测目标，需要其具有良好的光学成像质量，目前验证望远镜成像质量的主要方法为使用自准直的方法，即利用望远镜自身的焦点与成像系统，产生平行光(模拟导星)，再通过平面镜的反射模拟平行入射的波前。
但是，随着望远镜对集光口径与极限分辨率的要求的提高，其口径越来越大，自准直方法作为大口径望远镜最终评判标准，精度水平将直接制约着大口径望远镜最终的成像质量。因此，对检测与波前重建过程中精度影响因素的分析，具有十分重要的意义。传统的自准直方法，需要使用和望远镜口径相当的平面反射镜，目前在研的最大平面镜为三十米望远镜三镜(4m级)，而目前国际上主流的大口径望远镜口径均在8米以上。
拼接主镜在重量、成本、制造、装配和维护方面具有许多优点，但需要保证各拼接子镜能相互配合表现得像一个单体主镜，在外界动态扰动下，具有良好的面形和位置保持能力。
共相调整(co-phasing)系统亦称为主动调整(active alignment，一般指的是共焦)，进行全局(global)度量，利用共相检测方法(波前传感器)，通过光学手段定期对各拼接子镜位置进行测量和反馈，将子镜校正到标准面形的位置，将此时的位置作为参考值(即标为零点)。
现有共焦共相调整技术通过各子镜的干涉图像得到灰度能量图与子镜位置之间的关系，进行调整时需要将调整时的灰度能量图与预先得到的标准灰度能量图进行对比，难以匹配且误差较大。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供大口径拼接镜共焦共相装置及共焦共相方法。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
一种大口径拼接镜共焦共相装置，包括：光子灯笼、多模光纤、处理器组件；多模光纤的一端与光子灯笼的入射端固定连接，另一端位于大口径拼接镜的理论后焦面；光源发出的光经过大口径拼接镜在理论后焦面形成光斑，多模光纤接收光斑并对光斑进行耦合后入射至光子灯笼；光子灯笼用于对耦合后的光进行模态分离，得到至少两个单一模态输出的光强，处理器组件用于根据单一模态输出的光强，计算得到大口径拼接镜中的各子镜的调整量。
优选地，多模光纤的芯径根据光斑的大小确定，确保光斑完全进入多模光纤。
优选地，多模光纤为渐变型多模光纤。
优选地，还包括用于将光子灯笼的输出转化为可见光的电光晶体，电光晶体设置在光子灯笼的输出端。
大口径拼接镜共焦共相装置的大口径拼接镜共焦共相方法，包括以下步骤：
S1、根据子镜的调整量与光子灯笼的单一模态输出的光强之间的关系建立表征子镜的调整量与光子灯笼的单一模态输出的光强之间的关系的灵敏度矩阵；
S2、对大口径拼接镜进行共焦共相调整时，通过处理器组件，根据灵敏度矩阵以及进行调整时的光子灯笼的单一模态输出的光强，计算得到进行调整时的子镜的调整量，根据子镜的调整量对子镜进行调整，使大口径拼接镜的所有子镜共焦共相。
优选地，步骤S1包括以下步骤：
S101、对处于共焦共相状态的大口径拼接镜进行调整，得到大口径拼接镜的所有子镜的调整量矩阵及对应所有子镜的调整量的光子灯笼的单一模态输出的光强变化矩阵；
其中，调整量矩阵如下：
Figure BDA0003181750140000031
ΔD为调整量矩阵，δuj为第j个子镜的调整量，n为子镜的总个数；光强变化矩阵如下：
Figure BDA0003181750140000032
ΔZ为调整量矩阵，δai为第i个单一模态输出的光强变化，为单一模态输出的总个数；
S102、处理器组件根据调整量矩阵和光强变化矩阵通过公式(3)计算得到灵敏度矩阵：
AΔD＝ΔZ (3)
Figure BDA0003181750140000033
其中，A为灵敏度矩阵。
本发明能够取得以下技术效果：
采用光子灯笼，得到子镜的调整量与光子灯笼的单一模态输出的光强之间的关系矩阵，无需进行图像之间的匹配，将调整时的光强代入关系矩阵即可得到所有子镜的调整量，便于操作，与传统方法相比，得到结果更快更准确。
附图说明
图1是根据本发明实施例的大口径拼接镜共焦共相方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
本发明实施例提供的大口径拼接镜共焦共相装置，包括：光子灯笼、多模光纤、处理器组件；多模光纤的一端与光子灯笼的入射端固定连接，另一端位于大口径拼接镜的理论后焦面，当大口径拼接面处于共焦共相状态时，理论后焦面上的光斑的能量最高，光强最大，当有子镜的焦点偏离理论后焦面时，会使光斑的光强变小；光源发出的光经过大口径拼接镜在理论后焦面形成光斑，多模光纤接收光斑并对光斑进行耦合后入射至光子灯笼；光子灯笼用于对耦合后的光进行模态分离，得到至少两个单一模态输出的光强，处理器组件用于根据单一模态输出的光强，计算得到大口径拼接镜中的各子镜的调整量。
在本发明的一个实施例中，多模光纤的芯径根据光斑的大小确定，确保光斑完全进入多模光纤，防止光斑未进入多模光纤导致的测量误差。
在本发明的一个实施例中，多模光纤为渐变型多模光纤，扩大光纤入射耦合角度。
在本发明的一个实施例中，大口径拼接镜共焦共相装置还包括用于将光子灯笼的输出转化为可见光的电光晶体，电光晶体设置在光子灯笼的输出端；光子灯笼的输出为红外线，需要使用红外线接收器对光子灯笼的输出进行接收，通过电光结晶将光子灯笼的输出转化为可见光后，可使用可见光接收器对输出进行接收，在保证精度的同时降低成本。
上述内容详细说明了本发明提供的大口径拼接镜共焦共相装置的结构，与该共焦共相装置相对应，本发明还提供一种利用共焦共相装置使大口径拼接镜共焦共相的方法。
如图1所示，本发明实施例提供的大口径拼接镜共焦共相方法，包括以下步骤：
S1、根据子镜的调整量与光子灯笼的单一模态输出的光强之间的关系建立表征子镜的调整量与光子灯笼的单一模态输出的光强之间的关系的灵敏度矩阵；
S2、对大口径拼接镜进行共焦共相调整时，通过处理器组件，根据灵敏度矩阵以及进行调整时的光子灯笼的单一模态输出的光强，计算得到进行调整时的子镜的调整量，根据子镜的调整量对子镜进行调整，使大口径拼接镜的所有子镜共焦共相。
在本发明的一个实施例中，步骤S1包括以下步骤：
S101、对处于共焦共相状态的大口径拼接镜进行调整，得到大口径拼接镜的所有子镜的调整量矩阵及对应所有子镜的调整量的光子灯笼的单一模态输出的光强变化矩阵；
其中，调整量矩阵如下：
Figure BDA0003181750140000051
ΔD为调整量矩阵，δuj为第j个子镜的调整量，n为子镜的总个数；光强变化矩阵如下：
Figure BDA0003181750140000052
ΔZ为调整量矩阵，δai为第i个单一模态输出的光强变化，m为单一模态输出的总个数；
S102、处理器组件根据调整量矩阵和光强变化矩阵通过公式(3)计算得到灵敏度矩阵：
AΔD＝ΔZ (3)
Figure BDA0003181750140000053
其中，A为灵敏度矩阵。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种大口径拼接镜共焦共相装置，其特征在于，包括：光子灯笼、多模光纤、处理器组件；所述多模光纤的一端与所述光子灯笼的入射端固定连接，另一端位于大口径拼接镜的理论后焦面；光源发出的光经过所述大口径拼接镜在所述理论后焦面形成光斑，所述多模光纤接收所述光斑并对所述光斑进行耦合后入射至所述光子灯笼；所述光子灯笼用于对耦合后的光进行模态分离，得到至少两个单一模态输出的光强，所述处理器组件用于根据所述单一模态输出的光强，计算得到所述大口径拼接镜中的各子镜的调整量。
2.如权利要求1所述的大口径拼接镜共焦共相装置，其特征在于，所述多模光纤的芯径根据所述光斑的大小确定，确保所述光斑完全进入所述多模光纤。
3.如权利要求1所述的大口径拼接镜共焦共相装置，其特征在于，所述多模光纤为渐变型多模光纤。
4.如权利要求1所述的大口径拼接镜共焦共相装置，其特征在于，还包括用于将所述光子灯笼的输出转化为可见光的电光晶体，所述电光晶体设置在所述光子灯笼的输出端。
5.根据权利要求1-4任一项所述的大口径拼接镜共焦共相装置的大口径拼接镜共焦共相方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据所述子镜的调整量与所述光子灯笼的单一模态输出的光强之间的关系建立表征所述子镜的调整量与所述光子灯笼的单一模态输出的光强之间的关系的灵敏度矩阵；
S2、对所述大口径拼接镜进行共焦共相调整时，通过所述处理器组件，根据所述灵敏度矩阵以及进行调整时的所述光子灯笼的单一模态输出的光强，计算得到进行调整时的所述子镜的调整量，根据所述子镜的调整量对子镜进行调整，使所述大口径拼接镜的所有子镜共焦共相。
6.如权利要求5所述的大口径拼接镜共焦共相方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
S101、对处于共焦共相状态的所述大口径拼接镜进行调整，得到所述大口径拼接镜的所有子镜的调整量矩阵及对应所有子镜的调整量的所述光子灯笼的单一模态输出的光强变化矩阵；
其中，调整量矩阵如下：
Figure FDA0003181750130000021
ΔD为调整量矩阵，δuj为第j个子镜的调整量，n为子镜的总个数；
光强变化矩阵如下：
Figure FDA0003181750130000022
ΔZ为调整量矩阵，δai为第i个单一模态输出的光强变化，m为单一模态输出的总个数；
S102、所述处理器组件根据所述调整量矩阵和所述光强变化矩阵通过公式(3)计算得到所述灵敏度矩阵：
AΔD＝ΔZ (3)
Figure FDA0003181750130000023
其中，A为所述灵敏度矩阵。
CN202110848954.8A 2021-07-27 2021-07-27 大口径拼接镜共焦共相装置及共焦共相方法 Pending CN113484972A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110848954.8A CN113484972A (zh) 2021-07-27 2021-07-27 大口径拼接镜共焦共相装置及共焦共相方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110848954.8A CN113484972A (zh) 2021-07-27 2021-07-27 大口径拼接镜共焦共相装置及共焦共相方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113484972A true CN113484972A (zh) 2021-10-08

Family

ID=77943938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110848954.8A Pending CN113484972A (zh) 2021-07-27 2021-07-27 大口径拼接镜共焦共相装置及共焦共相方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113484972A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101276056A (zh) * 2007-12-04 2008-10-01 中国科学院光电技术研究所 高精度拼接子镜相对倾斜误差光电检测系统
CN107085276A (zh) * 2017-04-27 2017-08-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种拼接镜子镜位置装调方法
CN107966280A (zh) * 2017-11-21 2018-04-27 华东交通大学 一种应用于拼接望远镜的光电检测系统及其快速共相调节方法
CN112596199A (zh) * 2020-12-28 2021-04-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于光纤连接的大口径拼接主镜光学系统装调方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101276056A (zh) * 2007-12-04 2008-10-01 中国科学院光电技术研究所 高精度拼接子镜相对倾斜误差光电检测系统
CN107085276A (zh) * 2017-04-27 2017-08-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种拼接镜子镜位置装调方法
CN107966280A (zh) * 2017-11-21 2018-04-27 华东交通大学 一种应用于拼接望远镜的光电检测系统及其快速共相调节方法
CN112596199A (zh) * 2020-12-28 2021-04-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于光纤连接的大口径拼接主镜光学系统装调方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102620688B (zh) 多功能光轴平行性校正仪及其标定方法
CN107782254B (zh) 一种混合补偿式子孔径拼接面形检测方法
CN108871733B (zh) 大口径光学系统近场检测装置及其测量方法
CN105700128A (zh) 一种拼接望远镜共相位控制装置及控制方法
CN103630108B (zh) 一种三维小角度测量装置及其用于动态测量三维角度变化量的方法
CN103278045B (zh) 火箭方位精密瞄准系统及方法
CN203216702U (zh) 长焦距光学系统的焦距测量装置
CN102486404A (zh) 一种紫外弱光星等模拟及星等标定系统
CN110823527A (zh) 一种含有激光的多传感器光轴的校准方法
CN107727368B (zh) 一种标定平行光管焦面位置的装置及方法
CN101672726A (zh) 空间光通信终端通信探测器定位测试装置及方法
CN111006851A (zh) 一种拼接镜中边缘子镜的波前检测装置和方法
US20170045690A1 (en) Optical scramblers
CN116358696B (zh) 采用激光水平仪的微光光源辐射定标传递装调系统及方法
CN116519136B (zh) 一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统及方法
CN103293697B (zh) 大视场离轴主焦点式平行光管光学系统
CN211698179U (zh) 一种基于干涉条纹的智能光轴装调系统
CN209895098U (zh) 光源切换复用单元同轴度调试系统
CN107797264A (zh) 综合孔径望远镜的共相调节装置
CN113484972A (zh) 大口径拼接镜共焦共相装置及共焦共相方法
CN106767679A (zh) 一种光电自准直经纬仪
CN103487010A (zh) 一种基于三环变迹镜的等晕角测量系统及方法
CN110109262A (zh) 光源切换复用单元同轴度调试系统及方法
CN211042668U (zh) 一种光学装置的点源透过率测试系统
RU162917U1 (ru) Устройство юстировки двухзеркальной оптической системы

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20211008