Интерферометрический способ формирования изображения объекта, наблюдаемого через турбулентную атмосферу

 

Использование: оптическое приборостроение, в частности для формирования изображения объекта, наблюдаемого через турбулентную атмосферу. Сущность изобретения: интерферометрический способ формирования изображения объекта включает фильтрацию принимаемого светового потока и разделение его на два потока, а также разделение обоих потоков на два пучка равной интенсивности, формирование по этим пучкам интерферограммы, причем для пучков второго потока с введением фазовой задержки на π/2 в один из них, регистрацию распределения интенсивности первой и второй интерферограмм, выделение по зарегистрированным интерферограммам пространственного спектра объекта и формирование по нему изображения объекта. При этом формирование первой и второй интерферограмм осуществляют с углом разворота интерферирующих пучков на π. Аналогично осуществляют формирование третьей и четвертой интерферограмм с углом разворота интерферирующих пучков, определяемым из соотношения меньше или равно 2λ/QD, где λ - длина волны отфильтрованного светового потока, Q - угловой размер объекта, D - диаметр приемной апертуры, выделяют фазы интерферограмм, сравнивают их и по результату сравнения формируют не искаженную атмосферой фазу объекта. 1 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в астрономии для формирования изображения объекта, наблюдаемого через турбулентную атмосферу.

Известен интерферометрический способ формирования изображения объекта, наблюдаемого через турбулентную атмосферу, основанный на когерентном сложении световых потоков от разнесенных телескопов и последующем измерении контраста интерференционной картины (метод Майкельсона).

К недостаткам данного способа следует отнести то, что он позволяет получать не весь пространственный спектр объекта, а только его модуль, по которому восстанавливают изображение только симметричного объекта. Кроме того, принципиально необходимой является чрезвычайно точная юстировка интерферометра Майкельсона, что усложняет практическую реализацию способа.

Известен также выбранный в качестве прототипа интерферометрический способ формирования изображения объекта, наблюдаемого через турбулентную атмосферу, включающий разделение принимаемого светового потока на два потока, разделение первого потока на два пучка равной интенсивности, формирование по этим пучкам интерферограммы вращения, регистрацию N ее распределений интенсивности в узком спектральном диапазоне в течение N промежутков времени, меньших интервала временной корреляции атмосферных искажений, восстановление пространственного спектра объекта с последующим формированием по нему изображения объекта, разделение второго потока излучения на два пучка равной интенсивности, осуществление фазовой задержки одного пучка относительно другого на π/2 и формирование по ним второй интерферограммы вращения, регистрацию N распределений интенсивности второй интерферограммы, формирование разностных распределений интенсивности одновременно зарегистрированных интерферограмм, квадратичное детектирование разностных распределений, накопление их по N промежуткам времени регистрации и сравнение полученных при накоплении распределений интенсивности с последующим восстановлением по результатам сравнения пространственного спектра.

Основными недостатками данного способа являются пониженная точность и малое быстродействие процесса формирования изображения объекта.

Целью изобретения является повышение точности формирования изображения объекта при одновременном ускорении процесса формирования.

Указанная цель достигается тем, что в интерферометрическом способе формирования изображения объекта, наблюдаемого через турбулентную атмосферу, включающем фильтрацию светового потока, разделение принимаемого светового потока на первый и второй потоки, разделение первого потока на два пучка равной интенсивности, формирование по этим пучкам интерферограммы, регистрацию ее распределения интенсивности, разделение второго потока на два пучка равной интенсивности, фазовую задержку одного пучка относительно пучка относительно другого на p/2, формирование по ним второй интерферограммы, регистрацию распределения интенсивности второй интерферограммы, выделение по зарегистрированным интерферограммам пространственного спектра и формирование по нему изображения объекта, в соответствии с изобретением измеряют угловой размер объекта, при этом формирование первой и второй интерферограмм осуществляют с углом разворота интерферирующих пучков на p, аналогично осуществляют формирование третьей и четвертой интерферограмм с углом разворота интерферирующих пучков на v, выделяют фазы первой, второй и третьей, четвертой интерферограмм, сравнивают выделенные фазы и по результату сравнения формируют не искаженную атмосферой фазу объекта, причем v ≅ 2λ/ΘD, где λ - длина волны отфильтрованного светового потока; Θ - угловой размер объекта; D - диаметр приемной апертуры.

На чертеже представлена возможная схема устройства для реализации соответствующего изобретению интерферометрического способа формирования изображения объекта.

На чертеже условно обозначено искаженное атмосферой световое излучение 1 от наблюдаемого объекта. Устройство содержит приемную телескопическую систему 2, светофильтр 3, полупрозрачное зеркало 4, интерферометры вращения 5, 6, фазовую пластинку 7, обеспечивающую фазовую задержку во втором потоке одного пучка относительно другого на π/2; устройство поворота 8 призм интерферометра; квадратичные детекторы 9, 10, сумматор 11, вычислитель квадрата модуля спектра объекта 12, вычислитель фазы объекта 13, устройство для формирования изображения 14.

Устройство работает следующим образом.

Телескопическая система 2 осуществляет прием искаженного атмосферой светового излучения 1 от наблюдаемого объекта. Светофильтр 3 определяет требуемый спектральный диапазон. При помощи полупрозрачного зеркала 4 производят разделение светового излучения на два световых потока равной интенсивности. Интерферометром вращения 5 осуществляют разделение первого потока на два пучка равной интенсивности, разворачивают их при помощи призмы один относительно другого на 180^o, осуществляя сложение пучков; формируют первую интерферограмму вращения, регистрируют ее распределение интенсивности при помощи квадратичного детектора 10 за время, меньшее времени "замороженности" атмосферы. Второй поток в интерферометре вращения 6 разделяют на два пучка равной интенсивности, осуществляют фазовую задержку на p/2 с помощью фазовой пластинки 7 одного пучка относительно другого, так же разворачивают на 180^o и формируют вторую интерферограмму вращения, после чего регистрируют на квадратичном детекторе 9 ее распределение интенсивности (одновременно с регистрацией распределения интенсивности первой интерферограммы). В сумматоре 11 производят сложение зарегистрированных интенсивностей, а в вычислителе 12 определяют квадрат модуля спектра объекта.

Аналогичным образом осуществляют регистрацию еще одной пары интерферограмм вращения, но с определенным выше углом разворота интерферирующих пучков v устанавливаемым путем поворота призм в интерферометрах вращения 5, 6 при помощи устройства поворота 8.

Регистрация обеих пар интерферограмм должна производиться в пределах времени "замороженности" атмосферы с целью устранения фазовых флуктуаций, обусловленных турбулентностью, за время регистрации. По зарегистрированным интенсивностям второй пары интерферограмм в вычислителе 13 определяют фазу объекта, используемую совместно с определенным ранее модулем в устройстве 14 для формирования изображения объекта.

Способ, соответствующий изобретению, обеспечивает повышение точности формирования изображения объекта при одновременном увеличении быстродействия.

Формула изобретения

Интерферометрический способ формирования изображения объекта, наблюдаемого через турбулентную атмосферу, включающий фильтрацию светового потока, разделение принимаемого светового потока на первый и второй потоки, разделение первого потока на два пучка равной интенсивности, формирование по этим пучкам интерферограммы, регистрацию ее распределения интенсивности, разделение второго потока на два пучка равной интенсивности, фазовую задержку одного пучка относительно другого на π/2, формирование по ним второй интерферограммы, регистрацию распределения интенсивности второй интерферограммы, выделение по зарегистрированным интерферограммам пространственного спектра объекта и формирование по нему изображения объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности формирования изображения объекта при одновременном ускорении процесса формирования, измеряют угловой размер объекта Θ, при этом формирование первой и второй интерферограмм осуществляют с углом разворота интерферирующих пучков на π, аналогично осуществляют формирование третьей и четвертой интерферограмм с углом разворота интерферирующих пучков на ψ, выделяют фазы первой, второй и третьей, четвертой интерферограмм, сравнивают выделенные фазы и по результату сравнения формируют неискаженную атмосферой фазу объекта, причем ψ ≅ 2λ/ΘD, где λ - длина волны отфильтрованного светового потока; Θ - угловой размер объекта; D диаметр приемной апертуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1