恒星光干涉仪波前方向校正系统的研究

　　1　引　言

　　恒星光干涉仪的关键技术之一是要使两相干光束完全平行。在大气层以外,星光波前是平面波前,不仅和星光方向垂直,而且波前的各部分传播速度相同。但在大气层内,由于随机、高频的扰动大气不同部分的温度差异,造成大气疏密不均,折射性质也略有不同,致使通过大气层到达地面的同一星光波面产生畸变而不再保持为平面,结果使干涉仪直接探测的光波波前发生倾斜,从而使进入干涉仪的两相干光束不再平行,使获得的干涉条纹可见度大大降低。两相干光束的平行度误差θ引起的干涉条纹可见度损失因子η为:

　　上式中,x=2πasinθ/λ,a为光束截面半径,λ为光波波长,J1(x)为x的一阶贝塞尔函数。假定在任何时刻两束光的方向是相互独立的,且符合正态分布,那么,要确保干涉条纹可见度损失因子η<5%,进入干涉仪的两相干光束的平行度误差应小于0.2″。要保持如此高的精度,在恒星光干涉仪中就必须配置高精度的波前方向探测和校正系统。

　　2　波前方向校正系统的工作原理及设计

　　图1为恒星光干涉仪波前校正系统框图。来自望远镜的光束经摆镜反射后通过分束器,一路进相干组合器产生干涉条纹,另一路经过会聚透镜由位于透镜焦面上的高速CCD相机采集,将数字化的图像信号送相关处理单元,计算出实测图像相对于参考图像的偏移量[1,2]。计算结果经串行口送给8098单片机,进一步计算与修正后送十位D/A变换为电压控制信号,该控制信号经高压驱动电源放大后,驱动压电陶瓷堆(PZT)伸缩,从而驱动摆镜在X、Z方向的微小位移,校正波前误差,保证两相干光束的平行性。

　　图1中虚线框内部分为波前方向校正系统,它主要由8098单片机控制单元、高压驱动电源、摆镜及压电陶瓷堆PZT四部分组成,下面详细介绍这些部分的原理及设计。

　　2.1　8098单片机控制系统

　　2.1.1　8098单片机控制系统连接线路及分析

　　图2为8098单片机控制单元中8255与8098单片机及D/A转换芯片的连接线路,主要由8098单片机、74LS373锁存器、8255和D/A转换芯片组成。从图中可知,8255各口地址为FF80～FF83,其中A口为FF80,B口为FF81,C口为FF82,控制口为FF83。8255的输出有两组,一组为A口和C口的PC6和PC7,这一组8255与D/A转换器的握手信号为PC5,该组的输出数码经D/A转换后与高压驱动电源相连用来驱动摆镜绕X轴方向的转动;另一组为B口和C口的PC0和PC1,这一组8255与D/A的握手信号为PC2,该组的输出数码经D/A转换后与高压驱动电源相连用来驱动摆镜绕Z轴方向的转动。

　　为了实现8255向D/A转换器传送数据,A口、B口和C口均初始化为输出,若工作方式选为方式0,则控制寄存器的控制字应为80H。为启动D/A转换器,实现摆镜绕X轴方向的转动,应从PC5输出一正脉冲。因此在初始化时应将PC5置为0,当要启动D/A变换器时,再将PC5置为1;以同样原理可启动另一组D/A转换器,实现摆镜绕Z轴方向的转动。