【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于系外行星成像探测技术和超高对比度成像仪器领域，特别涉及一种用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟方法和装置。
技术介绍
1、超高对比度成像仪器作为天文望远镜上的科学终端，它不仅是探测发现系外行星的利器，而且对于刻画行星物理参数、搜寻确认地外生命特征信号等研究具有重要意义。当超高对比度成像仪器完成研制后，在正式对接望远镜观测之前，需要首先在实验室内对其性能进行全面测试与标定，以准确预估仪器在实际观测中的表现与状态。因此，发展适用于超高对比度成像仪器测试的望远镜系统模拟方法和装置势在必行，经分析，应满足以下几点要求：1)可模拟地基观测时受到的高层大气湍流和近地层大气湍流的动态扰动影响；2)能模拟天文望远镜的光瞳形状及光瞳位置；3)要形成与超高对比度成像仪器对接的基准；4)需对望远镜模拟光瞳进行光学传递，使其可最终共轭至超高对比度成像仪器内部的波前校正单元上。
2、公开号为cn105610493a的中国专利公开了一种基于逆用自适应技术的大气湍流模拟系统及方法，解决星地激光通信中对湍流模拟系统需适应多种波长、偏振保持、小体积要求的问题。该专利技术所述的系统包括波前扰动模块、波前探测模块和控制模块，依据波前探测模块的测量结果建立电压与湍流到达角起伏、相干长度查找表，使用一块微变形镜来模拟湍流对波前的局部畸变。
3、公开号为cn107040308a的中国专利公开了一种激光大气传输湍流模拟及远场光斑检测仪，解决激光载波测控与通信
对于激光远场传输过程中的大气湍流与振动的模拟、有湍流和无湍流条件下的
4、公开号为cn107796594a的中国专利公开了一种基于空间光调制器的大气湍流模拟器，解决大气光学与光通信
对于不同大气条件和传播距离变化的光束传播条件下模拟装置难以灵活调整、实用性较差的问题。该专利技术所述的装置基于同轴共线排列的三台空间光调制器来模拟大气湍流作用。
5、上述为例的专利技术不具备对不同高度大气湍流的模拟能力、不包含天文望远镜光瞳形状及光瞳位置信息、没有与超高对比度成像仪器对接的基准、不涉及对望远镜模拟光瞳的光学传递，所以无法满足超高对比度成像仪器的实际测试需求。
技术实现思路
1、为解决超高对比度成像仪器的测试问题，本专利技术提出一种用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟方法和装置。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟方法，包括如下步骤：
3、步骤1：产生模拟入射星光的白光点源；
4、步骤2：将所述白光点源准直成平行光，然后将所述平行光反射到第一可变形镜；
5、步骤3：光线经第一可变形镜反射后入射至第二可变形镜；
6、步骤4：通过计算机分别读取模拟高层大气湍流和近地层大气湍流的相位屏图像；
7、步骤5：控制第一可变形镜和第二可变形镜的促动器单元矩阵分别在模拟高层大气湍流和近地层大气湍流的相位屏图像上沿其行方向或列方向进行逐行或逐列移动，建立相位屏图像像元数值至可变形镜促动器行程量的转换关系；
8、步骤6：含有波前畸变的平行光经第二可变形镜反射后穿过望远镜光瞳模拟光阑，所述望远镜光瞳模拟光阑用于模拟天文望远镜的光瞳形状及光瞳位置；
9、步骤7：将含有波前畸变和望远镜模拟光瞳形状的平行光汇聚形成一次焦点，然后将其准直成平行光，实现对望远镜模拟光瞳尺寸的缩放；
10、步骤8：将经缩放后的平行光汇聚形成二次焦点，超高对比度成像仪器以所述二次焦点作为对接基准，依据步骤6～步骤8的光学传递后，望远镜模拟光瞳由超高对比度成像仪器内部准直透镜共轭到波前校正单元上。
11、进一步的，步骤3中，第一可变形镜和第二可变形镜分别用于模拟高层大气湍流和近地层大气湍流的扰动作用。
12、进一步的，步骤4中，将第一可变形镜和第二可变形镜的促动器单元矩阵分别映射到模拟高层大气湍流和近地层大气湍流的相位屏图像矩阵上，两个矩阵元素之间的初始对准位置无要求，可为任意位置。
13、进一步的，步骤5中，依据模拟高层大气湍流和近地层大气湍流的相位屏图像像元的数值分别转换得到第一可变形镜和第二可变形镜促动器的行程量，然后依据第一可变形镜和第二可变形镜的输入控制信号范围与其最大行程量关系，分别得到第一可变形镜和第二可变形镜的促动器实时驱动电压信号。
14、进一步的，步骤6中，当模拟单主镜面的天文望远镜光瞳时，所述望远镜光瞳模拟光阑通过在一块不透光平板上打通部分区域来实现，包括外圆、内圆和十字叉丝，外圆和内圆同心，十字叉丝中心和圆心重合并对称贯穿外圆和内圆；其中，外圆和内圆之间的区域透光，模拟望远镜主镜的通光区域；内圆不透光，模拟望远镜副镜投影在主镜上的遮挡；十字叉丝不透光，模拟望远镜副镜支撑筋投影在主镜上的遮挡。
15、本专利技术还提供了一种用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟装置，包括沿光路方向依次设置的激光驱动白光光源、光纤、显微物镜、针孔、第一胶合准直透镜、第一平面反射镜、第一可变形镜、第二平面反射镜、第二可变形镜、望远镜光瞳模拟光阑、第一胶合成像透镜、第三平面反射镜、第二胶合准直透镜、第二胶合成像透镜，所述装置还包括与计算机相连的第一可变形镜控制器和第二可变形镜控制器，所述第一可变形镜控制器和第二可变形镜控制器分别驱动第一可变形镜和第二可变形镜的促动器位移。
16、进一步的，激光驱动白光光源经过光纤耦合输出后，由显微物镜汇聚到针孔上产生白光点源，模拟入射星光，第一胶合准直透镜将白光点源准直成平行光，然后被第一平面反射镜反射到第一可变形镜，第一可变形镜将光线反射到第二平面反射镜，再反射到第二可变形镜，第一可变形镜和第二可变形镜分别用于模拟高层大气湍流和近地层大气湍流的扰动影响，含有波前畸变的平行光穿过望远镜光瞳模拟光阑，所述望远镜光瞳模拟光阑用于模拟天文望远镜的光瞳形状及光瞳位置，含有波前畸变和望远镜模拟光瞳形状的平行光被第一胶合成像透镜汇聚形成一次焦点，然后经第三平面反射镜反射后被第二胶合准直透镜准直成平行光，实现对望远镜模拟光瞳尺寸的缩放，经缩放后的平行光被第二胶合成像透镜汇聚形成二次焦点，超高对比度成像仪器以所述二次焦点作为对接基准。
17、进一步的，所述望远镜光瞳模拟光阑位于第一胶合成像透镜的一倍焦距位置，第二胶合准直透镜和第二胶合成像透镜之间的距离等于两者焦距之和，所述二次焦点的f数(f数＝fr2/dpupil_mag，式中fr2是第二胶合成像透镜的焦距，dpupil_mag是缩放后的望远镜模拟光瞳尺寸)小于或等于超高对比度成像仪器内部准直透镜的f数，所述二次焦点位于超高对比度成像仪器内部准直透镜前方一倍焦距位置，超高对比度成像仪器内部波前校正单元位于其准直透镜后方一倍焦距位置，望远镜模拟光瞳最终共轭本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟方法，其特征在于，步骤3中，第一可变形镜和第二可变形镜分别用于模拟高层大气湍流和近地层大气湍流的扰动作用。
3.根据权利要求1所述的用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟方法，其特征在于，步骤4中，将第一可变形镜和第二可变形镜的促动器单元矩阵分别映射到模拟高层大气湍流和近地层大气湍流的相位屏图像矩阵上，两个矩阵元素之间的初始对准位置无要求，可为任意位置。
4.根据权利要求1所述的用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟方法，其特征在于，步骤5中，依据模拟高层大气湍流和近地层大气湍流的相位屏图像像元的数值分别转换得到第一可变形镜和第二可变形镜促动器的行程量，然后依据第一可变形镜和第二可变形镜的输入控制信号范围与其最大行程量关系，分别得到第一可变形镜和第二可变形镜的促动器实时驱动电压信号。
5.根据权利要求1所述的用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟方法，其特征在于，步骤6中，当模拟单主镜面
6.用于实现权利要求1-5中任意一项所述方法的装置，其特征在于，包括沿光路方向依次设置的激光驱动白光光源、光纤、显微物镜、针孔、第一胶合准直透镜、第一平面反射镜、第一可变形镜、第二平面反射镜、第二可变形镜、望远镜光瞳模拟光阑、第一胶合成像透镜、第三平面反射镜、第二胶合准直透镜、第二胶合成像透镜，所述装置还包括与计算机相连的第一可变形镜控制器和第二可变形镜控制器，所述第一可变形镜控制器和第二可变形镜控制器分别驱动第一可变形镜和第二可变形镜的促动器位移。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，激光驱动白光光源经过光纤耦合输出后，由显微物镜汇聚到针孔上产生白光点源，模拟入射星光，第一胶合准直透镜将白光点源准直成平行光，然后被第一平面反射镜反射到第一可变形镜，第一可变形镜将光线反射到第二平面反射镜，再反射到第二可变形镜，第一可变形镜和第二可变形镜分别用于模拟高层大气湍流和近地层大气湍流的扰动影响，含有波前畸变的平行光穿过望远镜光瞳模拟光阑，所述望远镜光瞳模拟光阑用于模拟天文望远镜的光瞳形状及光瞳位置，含有波前畸变和望远镜模拟光瞳形状的平行光被第一胶合成像透镜汇聚形成一次焦点，然后经第三平面反射镜反射后被第二胶合准直透镜准直成平行光，实现对望远镜模拟光瞳尺寸的缩放，经缩放后的平行光被第二胶合成像透镜汇聚形成二次焦点，超高对比度成像仪器以所述二次焦点作为对接基准。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述望远镜光瞳模拟光阑位于第一胶合成像透镜的一倍焦距位置，第二胶合准直透镜和第二胶合成像透镜之间的距离等于两者焦距之和，所述二次焦点的F数小于或等于超高对比度成像仪器内部准直透镜的F数，其中，二次焦点的F数为，F数＝fR2/dpupil_mag，式中fR2是第二胶合成像透镜的焦距，dpupil_mag是缩放后的望远镜模拟光瞳尺寸，所述二次焦点位于超高对比度成像仪器内部准直透镜前方一倍焦距位置，超高对比度成像仪器内部波前校正单元位于其准直透镜后方一倍焦距位置，望远镜模拟光瞳最终共轭至波前校正单元上。
...【技术特征摘要】
1.用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟方法，其特征在于，步骤3中，第一可变形镜和第二可变形镜分别用于模拟高层大气湍流和近地层大气湍流的扰动作用。
3.根据权利要求1所述的用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟方法，其特征在于，步骤4中，将第一可变形镜和第二可变形镜的促动器单元矩阵分别映射到模拟高层大气湍流和近地层大气湍流的相位屏图像矩阵上，两个矩阵元素之间的初始对准位置无要求，可为任意位置。
4.根据权利要求1所述的用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟方法，其特征在于，步骤5中，依据模拟高层大气湍流和近地层大气湍流的相位屏图像像元的数值分别转换得到第一可变形镜和第二可变形镜促动器的行程量，然后依据第一可变形镜和第二可变形镜的输入控制信号范围与其最大行程量关系，分别得到第一可变形镜和第二可变形镜的促动器实时驱动电压信号。
5.根据权利要求1所述的用于超高对比度成像仪测试的望远镜系统模拟方法，其特征在于，步骤6中，当模拟单主镜面的天文望远镜光瞳时，所述望远镜光瞳模拟光阑通过在一块不透光平板上打通部分区域来实现，包括外圆、内圆和十字叉丝，外圆和内圆同心，十字叉丝中心和圆心重合并对称贯穿外圆和内圆；其中，外圆和内圆之间的区域透光，模拟望远镜主镜的通光区域；内圆不透光，模拟望远镜副镜投影在主镜上的遮挡；十字叉丝不透光，模拟望远镜副镜支撑筋投影在主镜上的遮挡。
6.用于实现权利要求1-5中任意一项所述方法的装置，其特征在于，包括沿光路方向依次设置的激光驱动白光光源、光纤、显微物镜、针孔、第一胶合准直透镜、第一平面反射镜、第一可变形镜、第二平面反射镜、第二可变形镜...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭晶，朱永田，窦江培，王钢，张熙，赵刚，陈博，吴桢，许明明，张子豪，
申请(专利权)人：中国科学院南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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