模拟双星的液晶自适应校正分辨

　　0　引言

　　利用液晶实现波前校正的思想在20世纪80年代提出[1].1995年美国新墨西哥州立大学的Rensheng Dou等利用用液晶电视屏作为位相延迟器实现了闭环自适应校正[2].相对于变形镜,液晶波前校正器具有单元数多、驱动电压低、成本低和重量轻等优点.因此,关于液晶波前校正器的研究迅速开展起来[3-7].2002年美国应用技术协会与空军实验室采用双频液晶材料做出91单元的液晶自适应系统,闭环带宽达40 Hz,对400 km轨道上的国际空间站进行了自适应观测,获得了清晰的国际空间站太阳能帆板图像[8].而国际上目前还没有用普通的相列相液晶屏和望远镜对接实现自适应校正的报道.

　　本文利用普通的相列相LCOS液晶屏作为波前校正器,结合哈特曼波前传感器组成自适应光学系统,实现了对口径220 mm望远镜的自适应校正,得到了模拟双星的分辨.

　　1　LCOS液晶屏的位相调制特性

　　1.1　位相延迟实验测定

　　从德国Holoeye公司购买了LCR-2500反射式液晶波前校正器,1 024×768 pixel,帧频75 Hz,像素尺寸19μm.利用ZYGO干涉仪测定了其相位调制特性如图1.可以看出,其可以实现1λ(λ=633 nm)的相位调制.因此可以利用相息图的方法实现对大畸变量的校正[9-10].

　　1.2　Gamma校正及线性位相调制关系的实现

　　由图1可以看出,灰度级和位相的关系曲线是非线性的.如果用该曲线去驱动液晶波前校正器比较复杂.为了获得简单的线性驱动关系曲线,需要对LCOS液晶屏进行Gamma校正.LCOS液晶波前校正器是利用显示的原理进行波前校正的.从计算机显卡输出的校正信号是8bit的数字信号,经过Gamma校正,即利用256灰度级和LUT的关系曲线把8bit的信号转换为9bit的信号,再对LCOS进行驱动.因此,可以通过改进Gamma曲线来改变灰度级和电压的关系,进而使灰度级和位相的关系曲线线性化.图2是改进的Gamma曲线.利用该曲线对LCOS液晶屏再次进行驱动,得到的灰度级和位相的关系曲线如图3,可以看出该曲线呈线性关系.

　　2　液晶闭环自适应校正

　　2.1　模拟双星及观测光路

　　模拟双星及其观测光路如图4.用一个1 W半导体泵浦激光器和口径200 mm的凸透镜来模拟无限远发光的双星.其中,激光器的输出端为双芯光纤,纤芯直径300μm,间距150μm.把其置于透镜一倍焦距以内,经透镜形成两虚像,将这两个像看作无限远发光的双星.在距其500 m处用一口径220 mm、焦距4.5 m望远镜进行观测接收.然后对接收到的光利用液晶自适应光学系统进行校正.

　　2.2　液晶自适应光学系统

　　液晶自适应校正系统如图5.从望远镜焦点发出的光经透镜L1后变成平行光入射到LCOS液晶波前校正器上,LCOS的反射光经分束器B1后被透镜L2会聚;经过分束器B2后,一束光进入CCD相机进行成像,另一束光经透镜L3变成平行光进入哈特曼传感器.哈特曼传感器探测到畸变的波前,并反馈给波前控制器即计算机,波前控制器计算出共轭波前并发送给液晶波前校正器进行校正.这样便可以根据实时探测的波前来进行实时校正.因此,可以在像面上获得清晰的像.该系统中的哈特曼传感器为法国Imagine Optic公司的HASO32,其具体参量见表1.