【摘要】：從二十世紀七十年代開始,天文高分辨率光譜儀多采用大面積中階梯光柵,觀測天體光譜結構來分析宇宙的演化規(guī)律和物質構成。為了有效提高天文望遠鏡系統(tǒng)的集光率、分辨率和信噪比,各個國家逐步建起大型天文望遠鏡。隨著望遠鏡口徑的不斷增大,為了滿足高光通量及高光譜分辨率的需求,中階梯光柵的口徑逐步擴大,目前存在的兩種主要的光柵制作方法:機械刻劃法和全息曝光法,但是這兩種方法制造單塊米級尺寸中階梯光柵都異常困難,而且成本高昂。為了滿足科學發(fā)展,科學家提出了一種拼接法來制造大尺寸中階梯光柵。目前,全球范圍內現(xiàn)役大口徑天文望遠鏡所使用的中階梯光柵均采用拼接方式制作而成。在此背景下,本文就中階梯光柵的拼接及復制技術的進行研究。根據光柵衍射波前的三維矩陣建立起光柵拼接的數學模型,給出拼接誤差的計算方法,依據中階梯光柵的物理特性設計一種新型結構的中階梯光柵和相應的拼接誤差檢測系統(tǒng),并且分析了系統(tǒng)結構中測量不精準的物理量對光柵拼接的影響。拼接完成后進行拼接光柵復制實驗,首先分析光柵鍍膜對衍射波前的影響,其次進行了常溫膠的固化實驗,最后對拼接光柵進行復制,并分析復制過程中光柵拼接誤差的變化量。具體研究工作如下:第一,以兩光柵平面為基準平面利用三維坐標變換矩陣建立聯(lián)系,再結合光柵衍射波前的三維矩陣,建立起光柵拼接的三維理論模型,給出光柵拼接五維誤差的計算方法,進行實驗驗證;第二,根據中階梯光柵的物理特性,針對中階梯光柵的零級光弱的特點,設計一種新型結構的中階梯光柵,提出了適合于該結構中階梯光柵的拼接誤差檢測系統(tǒng),總結了中階梯光柵拼接的實驗步驟,有效地完成中階梯光柵拼接實驗;第三,根據中階梯光柵的拼接誤差檢測系統(tǒng)結構,分析其中存在的誤差;包括光柵位置擺放誤差和入射光角度誤差對中階梯光柵拼接實驗的影響,并給出了消除影響的方法;第四,根據光柵拼接復制過程中所存在的問題,進行了拼接光柵復制實驗的準備工作,首先實驗分析鍍膜對光柵衍射波前的影響,其次進行了常溫膠的固化實驗,最終確定常溫膠固化時間,并且分析復制光柵的波前等情況;第五,進行中階梯光柵拼接及復制實驗。以兩塊79gr/mm的中階梯光柵為例進行了光柵拼接實驗,中階梯光柵使用級次為-36級,經zygo干涉儀測量,兩塊光柵的波前pv值分別為0.494λ和0.452λ,最后得到拼接光柵的衍射波前pv值0.545。對拼接光柵進行復制。
【圖文】：

圖 1.1 MIT-C 光柵刻劃機實物圖[31]Figure 1.1 The physical map of MIT-C ruling engine Hitachi-4 型刻劃機[33, 34]，是有文獻報告的精度最高的刻劃面積為 200mm×300mm。機所研制的 CIOMP-6 光柵刻劃機[35, 36]是國內的刻劃面刻劃機，如圖 1.2 所示，該刻劃機能夠刻劃光mm。

圖 1.1 MIT-C 光柵刻劃機實物圖[31]Figure 1.1 The physical map of MIT-C ruling engine的 Hitachi-4 型刻劃機[33, 34]，，是有文獻報告的精度最高的刻劃大刻劃面積為 200mm×300mm。光機所研制的 CIOMP-6 光柵刻劃機[35, 36]是國內的刻劃面積最光柵刻劃機，如圖 1.2 所示，該刻劃機能夠刻劃光柵的500mm。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P111

【參考文獻】

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本文編號：2647646