CN118377147B - 一种高对比度星点目标光源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空间光学技术领域，具体提供一种高对比度星点目标光源，包括：光源、光纤分束器、光纤衰减单元和分光镜，其中，光源的出射光通过光纤与光纤分束器连接，光纤分束器将出射光分束成两路光信号，对其中一路光信号进行衰减调制，再将两路光信号照射在分光镜的两个面上，分光镜按照自身对光透射率和反射率对两路光信号进行透射和反射，即可在分光镜的一侧获得2个光强不同的星点目标。本发明可同时模拟两个光强不同的星点目标，两个星点目标的光强比可以覆盖10⁰~10¹²，完全满足在地面研制阶段进行星冕仪测试时对星点目标光强比的要求，并且可以根据需求调整两个星点目标的光强比。

Description

一种高对比度星点目标光源

技术领域

本发明涉及空间光学技术领域，具体提供一种高对比度星点目标光源。

背景技术

由于宜居类地行星必然位于恒星附近，而行星与恒星的光强对比度相差悬殊，致使来自行星的微弱光子信号被淹没在极强的恒星背景中。为了对行星进行直接成像，需要采取特殊技术手段。

星冕仪是目前国内外直接成像观测太阳系外宜居类地行星的主流手段。星冕仪的核心指标是成像对比度，要求至少达到10⁸量级。为了在地面研制阶段对星冕仪的成像对比度进行测量，确认其是否满足指标要求，需要研制高对比度星点目标光源。为了完成上述目的，要求目标光源满足以下要求：第一、目标光源能够同时生成2个星点目标，且均可以成像于星冕仪的焦面；第二、这2个星点目标的光强比要求≥10⁸。

然而，目前的高对比度星点目标方案，通常由针孔和衰减片组成。其中，针孔用于生成星点目标，衰减片用于形成高对比度光强。然而，该设计要求针孔与光源精密对齐，但对齐操作具有较高的技术难度，在现有技术中并没有一种效果较好的对齐方法，大幅降低了现有方案的可靠性。此外，衰减片容易造成鬼像，进而淹没模拟暗弱目标，影响高对比度星点目标的性能。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种高对比度星点目标光源，可同时模拟2个光强不同的星点目标，两个星点目标的光强比可以覆盖10⁰~10¹²，且可以根据对比度的需求进行相应设计和调整，具有较好的灵活性和泛用性，避免了现有技术中针孔需要与光源精密对齐以及衰减片容易造成鬼像等问题。

本发明提供的高对比度星点目标光源，包括：光源、光纤分束器、光纤衰减单元和分光镜；

所述光源通过光纤与所述光纤分束器连接，所述光纤分束器按照自身分光比将所述光源的出射光分成第一光信号和第二光信号，第一光信号通过光纤传输至所述光纤衰减单元，所述光纤衰减单元对第一光信号的光强进行调制，调制后的第一光信号照射在所述分光镜的一侧表面上，第二光信号照射在所述分光镜的另一侧表面上，第一光信号和第二光信号关于所述分光镜共轭，所述分光镜按照自身对光透射率和反射率对第一光信号和第二光信号进行透射和反射，模拟获得2个星点目标。

优选的，所述光源为光纤激光器。

优选的，所述光纤衰减单元的衰减率在1至10^b之间连续可调。

优选的，所述光纤分束器的分光比为10^a：1，所述光纤衰减单元的衰减率为10^b，所述分光镜的对光透射率和反射率比值为10^c：1，在第一光信号被所述分光镜反射的方向上获得的2个星点目标的光强比值为10^a＋b＋c，且10^a＋b＋c≥10⁸。

优选的，所述光纤分束器的分光比为100：1，所述光纤衰减单元的衰减率为10⁵，所述分光镜的对光透射率和反射率比值为10：1，在第一光信号被所述分光镜反射的方向上获得的2个星点目标的光强比值为10⁸。

优选的，所述光纤衰减单元包括至少一个光纤衰减器。

优选的，还包括：第一光纤输出端面、第二光纤输出端面，调制后的第一光信号通过光纤传输至所述第一光纤输出端面进行输出，第二光信号通过光纤传输至所述第二光纤输出端面进行输出；所述第一光纤输出端面和/或所述第二光纤输出端面连接有调整台，通过调整台使所述第一光纤输出端面和所述第二光纤输出端面至所述分光镜的光程相等。

与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

本发明通过光纤分束器分束生成两路信号光，利用光纤衰减器对其中一路信号光进行光强衰减，再通过分光镜对两路信号光按照设定的透射率与反射率进行反射和透射，可以在分光镜的一侧模拟获得两个光强不同的星点目标，两个星点目标的光强比可以覆盖10⁰~10¹²，完全满足在地面研制阶段进行星冕仪测试时对星点目标光强比的要求，并且可以根据对光强比的具体要求，对光纤分束器、光纤衰减单元和/或分光镜进行调整，实现两个星点目标光强比的连续可调，极大提高了星点目标光源的灵活性。

本发明的星点目标光源基于全光纤光路进行设计，避免了外部杂光的干扰，并且可以根据要模拟的星点目标尺寸对光纤进行选择，既可以是单模光纤，也可以是多模光纤。此外，本发明星点目标光源的设计思路同样适用于多个星点目标的模拟，具体结构设计原理与本发明基本相同。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的高对比度星点目标光源的结构示意图。

其中的附图标记包括：

光源1、第一光纤2、光纤分束器3、第二光纤3-1、第三光纤3-2、光纤连接器4、光纤衰减器5、第一光纤输出端面6-1、第二光纤输出端面6-2、调整台7、分光镜8。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例公开的高对比度星点目标光源，包括：光源1、第一光纤2、光纤分束器3、第二光纤3-1、第三光纤3-2、光纤连接器4、光纤衰减单元、第一光纤输出端面6-1、第二光纤输出端面6-2、调整台7和分光镜8，其中，光源1采用光纤激光器，光纤激光器的出光口通过第一光纤2与光纤分束器3连接。光纤激光器的出射光通过第一光纤2传输至光纤分束器3，为了模拟生成理想的星点目标，因此要求第一光纤2的纤芯直径远小于光学系统的艾利斑直径。若光学系统的艾利斑直径为50μm，在本实施例中第一光纤2选择单模光纤，其纤芯直径选择为10μm，远小于光学系统的艾利斑直径，故可以作为理想星点目标。需要强调的是，第一光纤2不仅可以采用单模光纤，也可以采用多模光纤，这主要取决于要模拟的星点目标尺寸。

光纤分束器3具有一路输入和两路输出，两路输出分别与第二光纤3-1和第三光纤3-2连接，第二光纤3-1和第三光纤3-2可以选择与第一光纤2相同的型号尺寸。光纤分束器3按照自身分光比将第一光纤2中的出射光按照设定的光强输出比例分束成第一光信号和第二光信号，光纤分束器3的分光比表示为10^a：1。

第一光信号沿第二光纤3-1继续输出至光纤衰减单元，光纤衰减单元按照自身的衰减率对第一光信号的光强进行衰减调制，光纤衰减单元的最大衰减率表示为10^b。根据对第一光信号的光强衰减需求，光纤衰减单元可包含一个或者多个串联的同型号或不同型号的光纤衰减器5，每个光纤衰减器5的衰减率都是连续可调的，因此光纤衰减单元对光的衰减率在1至10^b之间连续可调。此外，由于本发明的高对比度星点目标光源基于全光纤光路，光路上的光线可能涉及两段光纤相互连接的情况，通过现有的光纤连接器4进行光纤连接即可。为了示出光纤连接器4的使用，在本实施例中，仅在光纤分束器3和光纤衰减器5之间采用两段光纤，并通过光纤连接器4进行连接。

第一光信号衰减调制后传输至光纤，该光纤的末端设置有第一光纤输出端面6-1，第一光信号通过光纤传输至第一光纤输出端面6-1后射向分光镜8的一侧表面。第三光纤3-2的末端设置有第二光纤输出端面6-2，第二光信号通过第三光纤3-2传输至第二光纤输出端面6-2后射向分光镜8的另一侧表面。为了使2个星点目标关于分光镜8共轭，需要将第一光纤输出端面6-1或第二光纤输出端面6-2安装在调整台7上，或者在第一光纤输出端面6-1和第二光纤输出端面6-2的下端分别连接有一个调整台7，安装调整台7的目的主要是便于调整第一光纤输出端面6-1和第二光纤输出端面6-2的位姿。在本实施例中，仅将第一光纤输出端面6-1安装在一个调整台7上，为了使2个星点目标关于分光镜8共轭，通过调整台7对第一光纤输出端面6-1的位姿进行调整，包括位置和出光角度的调整，使得第一光纤输出端面6-1和第二光纤输出端面6-2到分光镜8的光程相等。

第一光信号和第二光信号分别照射在分光镜8的两侧，且关于分光镜8共轭，分光镜8可同时反射和透射光线，且其对光的透射率和反射率比值可以表示为10^c：1，具体的透射率和反射率比值可根据需求进行设计。经过上述处理后，在第一光信号被分光镜8反射的方向上可以获得模拟的2个星点目标，2个星点目标的光强比值为10^a＋b＋c，为满足在地面研制阶段进行星冕仪测试时对星点目标光强比的要求，2个星点目标的光强比值10^a＋b＋c应当不小于10⁸，当高对比度星点目标光源用于其他测试或模拟时，可以对光纤分束器3的分光比、光纤衰减单元的衰减率、分光镜8的对光透射率和反射率比值中的一个或多个参数进行调整，可以使得2个星点目标的光强比值覆盖10⁰~10¹²。

而在本实施例中，目标是满足在地面研制阶段进行星冕仪测试需求，需要模拟获得光强比值为10⁸的2个星点目标，因此，选择光纤分束器3的分光比为100：1，即第二光信号的光强是第一光信号的光强的100倍。光纤衰减单元中仅包含一个光纤衰减器5，光纤衰减器5对光的衰减率设定为10⁵。若要求2个星点目标的光强比值更高，即对比度更高时，可以在光纤衰减器5后串联更多的光纤衰减器5或者选择最大衰减率更高的光纤衰减器5。分光镜8对光透射率和反射率比值为10：1，则在第一光信号被分光镜8反射的方向上获得的2个星点目标的光强比值为10⁸，即在第一光信号被分光镜8反射的方向上，由第二光纤输出端面6-2输出光的光强是第一光纤输出端面6-1输出光的光强的10⁸倍。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种高对比度星点目标光源，其特征在于，包括：光源、光纤分束器、光纤衰减单元和分光镜；

所述光源通过光纤与所述光纤分束器连接，所述光纤分束器按照自身分光比将所述光源的出射光分成第一光信号和第二光信号，第一光信号通过光纤传输至所述光纤衰减单元，所述光纤衰减单元对第一光信号的光强进行调制，调制后的第一光信号照射在所述分光镜的一侧表面上，第二光信号照射在所述分光镜的另一侧表面上，第一光信号和第二光信号关于所述分光镜共轭，所述分光镜按照自身对光透射率和反射率对第一光信号和第二光信号进行透射和反射，模拟获得2个星点目标；所述光纤衰减单元的衰减率在1至10^b之间连续可调，所述光纤分束器的分光比为10^a：1，所述光纤衰减单元的衰减率为10^b，所述分光镜的对光透射率和反射率比值为10^c：1，在第一光信号被所述分光镜反射的方向上获得的2个星点目标的光强比值为10^a＋b＋c，且10^a＋b＋c≥10⁸。

2.如权利要求1所述的高对比度星点目标光源，其特征在于，所述光源为光纤激光器。

3.如权利要求1所述的高对比度星点目标光源，其特征在于，所述光纤分束器的分光比为100：1，所述光纤衰减单元的衰减率为10⁵，所述分光镜的对光透射率和反射率比值为10：1，在第一光信号被所述分光镜反射的方向上获得的2个星点目标的光强比值为10⁸。

4.如权利要求1所述的高对比度星点目标光源，其特征在于，所述光纤衰减单元包括至少一个光纤衰减器。

5.如权利要求1所述的高对比度星点目标光源，其特征在于，还包括：第一光纤输出端面、第二光纤输出端面，调制后的第一光信号通过光纤传输至所述第一光纤输出端面进行输出，第二光信号通过光纤传输至所述第二光纤输出端面进行输出；所述第一光纤输出端面和/或所述第二光纤输出端面连接有调整台，通过调整台使所述第一光纤输出端面和所述第二光纤输出端面至所述分光镜的光程相等。