施例中基于钠层结构化信标的自适应光学校正装置包含以下部 分：由589nm钠激光器11、光栅12、准直透镜13组成的结构化钠激光光束阵列产生装置，由 倾斜镜21、透镜22、摆镜23、收发望远镜24组成的望远镜系统，由分光镜31、一号聚焦透镜 32、一号C⑶相机33、计算机34组成的波前畸变提取装置，由变形镜41、589nm滤光片42、 二号聚焦透镜43、二号C⑶相机44、计算机34组成的波前畸变校正装置。
[0028] 本实施例的具体工作过程如下：
[0029] 首先是产生并发射结构化钠激光光束阵列：589nm钠激光器11出射激光到光栅 12,被光栅12分成若干束由均勾相间的子光束组成的钠激光光束阵列，该光束阵列的横截 面图样为均匀分布的光斑阵列（如附图1中A所示），所述光束阵列经准直透镜13准直后， 控制倾斜镜21使其处于位置a(使倾斜镜的法线方向与水平方向成135度夹角），光束阵列 入射到倾斜镜21表面，光束阵列经倾斜镜21表面反射后通过透镜22聚束后经由收发望远 镜中心的圆孔（收发望远镜中心圆孔位于透镜的焦点）入射到摆镜23表面，所述摆镜23 将钠激光光束阵列反射并发散以充满整个收发望远镜24 口径，所述收发望远镜24用于对 钠激光光束阵列进行准直，使相邻子光束之间以设定的发射角从收发望远镜向上出射，由 收发望远镜发射的结构化钠激光光束阵列关于收发望远镜的中心轴线对称，设定相邻两束 子光束之间的发射角时应确保相邻两束子光束之间的间隔在上行传输过程中始终不超过 大气相干长度r。，此外，钠激光光束阵列从收发望远镜出射时，相邻两束子光束之间的间隔 不能太小且结构化激光光束阵列在传输方向上必须是发散的；为了增加天空中子光束的数 量和密度，本实施例采用电机驱动控制摆镜13前后或左右轻微摆动，使由收发望远镜24发 射的结构化钠激光光束阵列在钠层扫描，扫描周期远远小于大气相干时间，这样可以确保 子光束的间隔小于大气相干长度r。，也可以增加光束阵列的采样范围。
[0030] 其次是结构化钠激光光束阵列对大气湍流进行采样：由收发望远镜24发射的结 构化钠激光光束阵列通过大气湍流上行传输时，其各子光束受大气湍流（如附图1中B所 示）影响，会发生与其经过大气湍流像差（平面波经过大气湍流所产生的像差）的局部波 前倾斜成正比的角度微偏折，如图2所示，W(x，y)为大气湍流像差波前，该波前被分割为若 干直径不超过大气相干长度r。的子孔径，将子孔径内的局部波前倾斜用一倾斜平面波进行 线性拟合，平面波的倾斜等于子孔径内波前的平均倾斜，若通过子孔径的子光束截面尺寸 远小于子孔径尺度，则子光束经过大气湍流后，其传输方向与拟合平面的法向相同（如图2 中实线所示）。因此，结构化钠激光光束阵列中各子光束会受各子孔径内大气湍流像差影响 发生不同角度A0、^^微偏折，从而对大气湍流信息进行了采样；
[0031] 再次是结构化钠激光光束阵列向上传输经过大气湍流并对大气湍流进行采样后， 到达92km钠层并激发出钠层结构化信标：钠层结构化信标（如附图1中C所示）的产生是 海拔92km钠层（如附图1中D所示）中的钠原子共振吸收钠激光并后向散射荧光所致，所 述钠层中的钠原子在589nm处有一个吸收峰，共振吸收波长为589nm的各子钠激光光束后， 后向散射荧光，形成子信标。在钠层中钠原子密度通常为（2~7)X1013atom/m2,对于入射 的结构化钠激光光束阵列来说，钠层相当于一个"屏幕"，由于结构化钠激光光束阵列中各 子光束会受大气湍流影响会发生与其经过大气湍流像差（平面波经过大气湍流所产生的 像差）的局部波前倾斜成正比的角度微偏折，从而导致子光束在钠层激发的子信标发生与 大气湍流相关的横向漂移，携带了大气湍流信息，表现为各子信标不再均匀分布，从而在钠 层构成不规则的结构化信标。
[0032] 接着是波前畸变提取装置提取出钠层结构化信标发出的后向散射荧光携带的波 前畸变信息：钠层结构化信标发出的后向散射荧光和来自大气层外观测目标的光（如附图 1中E所示）通过大气湍流被引入大气湍流像差，发生光波前畸变，再在地面经收发望远镜 接收并反射后汇聚入射至摆镜。此时摆镜在初始位置（即没有发生摆动的位置）静止不 动，后向散射荧光和来自大气层外观测目标的光在摆镜表面反射后经由收发望远镜中心圆 孔进入望远镜系统内部，再被透镜准直，此时输出控制信号1控制倾斜镜21处于位置b(使 倾斜镜的法线与水平方向成45度夹角），后向散射荧光被倾斜镜21反射到分光镜31，所述 分光镜31采用对波长为589nm的后向散射荧光有着高透过率而对其他波长的光有着高反 射率特性的光学元件，因此绝大部分后向散射荧光透过分光镜31被一号聚焦透镜32汇聚 到一号CCD相机33从而得到钠层结构化信标的图像（如附图1中F所示）；而来自大气层 外观测目标的光则被分光镜反射到变形镜。通过利用时序信号控制一号CCD相机33快门 开关，让其只在激光光束扫描至设定的位置（所述设定的子光束发射角在图像处理时作为 参考）时短时间打开相机快门，以获得处在设定发射角的子光束所激发的子信标图像，通 过多次打开快门，最终得到若干子信标组成的钠层结构化信标图像（由于后向散射荧光穿 过大气湍流在地基望远镜中成像的过程为衍射受限系统的非相干成像，因此大气湍流只会 使该图像中各子信标图像发生弥散，而不会改变各子信标的质心，从而该图像依然携带钠 激光光束上行传输时采样得到的大气湍流信息），将该图像送入计算机34进行图像处理， 提取出结构化信标所携带的大气湍流信息，具体方法如下：找到各子信标质心对应的天顶 角，再与相对应的子光束的设定发射角相比较即可得到由于大气湍流引起各子光束发生的 角度微偏折AQii ,，最后基于角度微偏折与光波前畸变的关系：
[0035] 提取出大气湍流信息，其中，Ag,分别为子光束在x，y方向发生的角度偏 折，X为光波长，WlijU,y)为光波前畸变，AV5V,,分别为波前在x，y方向的倾斜。该信息 用于控制变形镜校正由分光镜分束来的大气层外观测目标的光波前畸变。需要指出的是， 大气湍流是随时间随机变化的，只有在远远小于大气相干时间的间隔内才能将其视为静止 的，由于光在地面与钠层之间来回传输的时间（~101IIis)已经远远小于大气相干时间（~ IOms)，因此在这一过程中要将大气湍流视为静止的，就要求结构化钠激光光束阵列在天空 扫描的周期与计算机处理图像提取畸变波前信息所需时间之和远远小于大气相干时间，这 样上行钠激光光束阵列在上行传输时经过的大气湍流与目标光下行传输时经过的大气湍 流可以视为相同的，从而所提取的钠激光光束阵列在上行传输时采集的波前畸变信息才能 够用于控制变形镜补偿大气湍流引起的大气层外观测目标光波前畸变。一方面，由于计算 机处理的图像为点阵图像，相对普通图像更为简单，图像处理时间可以大大缩短。另一方 面，本实施例利用望远镜全孔径成像，成像质量高，易识别，可以进一步缩短图像处理时间。 基于以上两点，计算机处理所需时间就能缩短到远小于大气相干时间。
[0036] 最后，波前畸变校正装置对大气层外观测目标的光产生的波前畸变进行校正：来 自大气层外观测目标的光由分光镜31反射进入波前畸变校正装置，计算机34根据从钠层 结构化信标图像中所提取大气湍流信息，发出信号控制变形镜41校正大气层外观测目标 光产生的波前畸变，经校正后的来自大气层外观测目标的光经589nm滤光片42滤去残余的 后向散射荧光后，再经二号聚焦透镜43将光聚焦进入二号C⑶相机44,得到清晰的大气层 外观测目标图像并将该图像传输至计算机34中，从而实现了自适应光学校正的目的。
【主权项】
1. 一种基于钠层结构化信标的自适应光学校正装置，其特征在于：该装置包括结构化 钠激光光束阵列产生装置、地面望远镜系统、波前畸变提取装置、波前畸变校正装置；所述 结构化钠激光光束阵列产生装置包括589nm钠激光器（11)、分光元件（12)、准直透镜（13)， 所述地面望远镜系统包括倾斜镜（21)、透镜（22)、摆镜（23)、收发望远镜（24)，所述波前