一种基于环形拼接望远镜的主动光学探测方法

本申请属于光学测量，尤其涉及一种基于环形拼接望远镜的主动光学探测方法。

背景技术：

1、中国巨型太阳望远镜(cgst)是中国太阳物理学家共同提出的下一代大太阳望远镜计划，cgst的主镜重要备选方案是采用环形拼接，主镜的外径为8m，由24块环宽1米的子镜拼接而成。对于拼接望远镜来说，拼接镜面主动光学技术是实现科学目标的关键技术，即最终要实现共相。共相调整分为三个步骤：子镜对准、共焦、共相，所以拼接镜的主动光学探测方法要具备探测倾斜(tip/tilt)和平移误差(piston)的能力，且在共相保持的过程中能够实时测量。

2、对于拼接式望远镜，可以采用shwfs(shack-hartmann wavefront sensor)进行子镜倾斜误差的探测。1994年，chanan等对传统shwfs波前探测技术进行改进，重新设计了shwfs微透镜阵列的排布方式,将微透镜阵列位于出瞳处,相当于加入光瞳掩模,掩模上分布圆形通光子孔径。可利用中心采样圆孔对应的像点质心位置解算倾斜误差，利用子镜边缘的采样圆孔对应的焦面衍射光斑图像与样板光斑图像的互相关运算解算子镜的平移误差。然而，目前已经实现共相的望远镜大多采用六角形拼接，所以对应的光瞳掩膜也是采用六边形的形状。而对于环形拼接的望远镜，传统的光瞳掩膜不太适合，所以需要设计一套适用于环形拼接望远镜的主动光学探测方法。

技术实现思路

1、本申请提供了一种基于环形拼接望远镜的主动光学探测方法，不仅能同时探测倾斜，还能实现平移误差从粗到精的探测，且探测精度能满足环形拼接望远镜的共相要求。

2、采用如下技术方案：一种基于环形拼接望远镜的主动光学探测方法，具体包括如下步骤：

3、步骤1：利用微透镜阵列内部的采样圆孔对应的像点质心位置解算倾斜和毫米量级的piston误差，实现对准和共焦调整阶段的piston探测；

4、步骤2：拼接镜完成共焦调整后，利用微透镜阵列对应子镜边缘的2个采样圆孔，依次用不同相干长度的宽带光进行宽带psf检测，该方法的最大检测范围约为±30μm，最高探测精度可达百纳米量级；

5、步骤3：对宽带psf法探测出的piston进行补偿后，再采用窄带psf检测算法对piston进行测量，检测量程为半个波长，检测精度可以达到纳米量级。

6、优选地，shwfs探测采用模式法波前重构出表示倾斜和大范围piston的z2,z3和z4。

7、优选地，选取子镜对应的微透镜阵列的外接圆为zernike多项式的单位正交圆域，在环扇形区域内，第2项zernike多项式(2x)和第3项zernike多项式(2y)正交，第3项zernike多项式(2y)和第4项zernike多项式正交，即满足：

8、

9、其中s为环扇形区域的面积，d表示环扇形区域。因此，采用模式法波前重构能够解耦出表示倾斜和大范围piston的z2,z3和z4。

10、本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

11、(1)本申请可以用于环形拼接望远镜的共相检测，这对环形拼接望远镜实现共相调整和共相保持是至关重要的。

12、(2)本申请不仅能同时探测子镜的倾斜和平移误差，还能实现对平移误差从粗到精的探测，即同一套系统既能完成共焦调整，还能完成共相调整。

技术特征：

1.一种基于环形拼接望远镜的主动光学探测方法，其特征是，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于环形拼接望远镜的主动光学探测方法，其特征是，shwfs探测采用模式法波前重构出表示倾斜和大范围piston的z2,z3和z4。

3.根据权利要求2所述的一种基于环形拼接望远镜的主动光学探测方法，其特征是，

技术总结
本申请提供了一种基于环形拼接望远镜的主动光学探测方法，具体可以用于测量拼接镜的倾斜和平移误差Piston，是环形拼接望远镜实现共相调整和共相保持的重要组成部分。本申请不仅能够测量共相调整中的倾斜，还能测量共焦调整中毫米量级的Piston以及共相调整中微米量级的Piston。该测量系统也能用于共相保持时的倾斜和Piston测量。

技术研发人员：戴懿纯,马琳,王斌,王昆延,谭旭,金振宇
受保护的技术使用者：中国科学院云南天文台
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17