空間太陽(yáng)觀(guān)測(cè)具有全天時(shí)、全天候觀(guān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn),是研究太陽(yáng)磁場(chǎng)的重要手段。我國(guó)于2011年提出深空太陽(yáng)天文臺(tái)(DSO)科學(xué)計(jì)劃,其主載荷太陽(yáng)磁場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡(MFT)要求在日地間L1點(diǎn)暈軌道實(shí)現(xiàn)393nm~656nm光譜范圍內(nèi)0.1″~0.15″高分辨率成像,是科學(xué)與技術(shù)上的難點(diǎn)。目前,MFT在光學(xué)系統(tǒng)選型、雜散光抑制、熱仿真分析方面依然研究不成熟,本文針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了深入研究,具體研究方法及成果如下:(1)分析了太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡常用結(jié)構(gòu)型式及其應(yīng)用特點(diǎn),結(jié)合MFT指標(biāo)要求,確定了反射-折射型、格里高利型兩種結(jié)構(gòu)型式。采用共焦面設(shè)計(jì)方案分別進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì),結(jié)果顯示,準(zhǔn)直鏡系統(tǒng)在393nm~656nm譜段、較大相對(duì)孔徑和較長(zhǎng)焦距的情況下實(shí)現(xiàn)了復(fù)消色差,并在全譜段內(nèi)達(dá)到衍射極限成像。對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行熱差分析,結(jié)果表明,反射-折射型和格里高利型MFT準(zhǔn)直鏡能夠衍射極限成像的工作溫度分別為20±1℃、20±6℃。(2)分析了MFT在雜散光抑制方面與其它天文望遠(yuǎn)鏡的不同,提出通過(guò)增大主鏡尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)消雜散光的方法,該方法避免非光學(xué)面成為照射面,在減小雜散光產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)又降低了熱控難度。針對(duì)兩種結(jié)構(gòu)型式光學(xué)系統(tǒng)分別進(jìn)行了鏡筒、擋光板、視場(chǎng)光闌、排熱光闌設(shè)計(jì),進(jìn)而進(jìn)行雜散光仿真分析,結(jié)果顯示,反射鏡表面散射是系統(tǒng)雜散光主要來(lái)源。(3)基于全積分散射及雙向散射分布函數(shù)理論,針對(duì)雜散光抑制要求提出一種光學(xué)表面粗糙度控制方法,該方法以帶限均方根粗糙度控制表面拋光精度,能準(zhǔn)確表征表面散射與系統(tǒng)雜散光性能的關(guān)系。利用該方法,針對(duì)不同的雜散光抑制要求,對(duì)MFT反射鏡表面粗糙度提出相應(yīng)的控制要求。(4)常用熱分析軟件將太陽(yáng)視為點(diǎn)源,分析得出點(diǎn)源不適用于MFT熱仿真分析。根據(jù)MFT的特點(diǎn),提出將光學(xué)分析軟件得到的照度分布作為熱分析模型中的熱載荷,避免重新構(gòu)建太陽(yáng)模擬源。利用該方案對(duì)MFT進(jìn)行熱設(shè)計(jì)和熱分析,量化了相關(guān)因素對(duì)主要光學(xué)元件溫度分布的影響程度。(5)對(duì)兩種型式MFT準(zhǔn)直鏡進(jìn)行了公差分析,加工了格里高利型MFT準(zhǔn)直鏡樣機(jī),對(duì)其成像性能、溫度敏感性進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)吻合。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：P111;P182.2
【部分圖文】：

第 1 章 緒論 觀(guān)測(cè)。其望遠(yuǎn)鏡采用卡塞格林結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通光口徑 300mm能夠?qū)崿F(xiàn) 1″空間分辨率成像，其結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。望遠(yuǎn)光片以阻止非成像波長(zhǎng)的輻射進(jìn)入系統(tǒng)。其中三個(gè)扇形濾光透波長(zhǎng) 171 、195 、284 ，一個(gè)圓形濾光片是針對(duì)波長(zhǎng) 12透膜，所有濾光片都要求將可見(jiàn)光抑制在 10-4量級(jí)以下，以熱要求。主鏡后側(cè)安裝兩個(gè)濾光輪，濾光輪中四個(gè)濾光片之同波長(zhǎng)成像通道，除此以外濾光片還能進(jìn)一步抑制雜散光。

圖 1.2 Hinode-SOT 光路圖Figure 1.2 Hinode-SOT light path diagram衛(wèi)星是美國(guó)宇航局（NASA）“與恒星共存（LWS）”計(jì)劃實(shí)施 2010 年發(fā)射，其科學(xué)目標(biāo)是研究太陽(yáng)活動(dòng)如何影響地球生命術(shù)系統(tǒng)，具體探究太陽(yáng)磁場(chǎng)如何產(chǎn)生、構(gòu)成，以及如何將蘊(yùn)藏到日光層和地球空間[28-32]。SDO 攜帶三種載荷：極紫外變化性、日震與磁場(chǎng)成像儀（HMI）、大氣層成像部件（AIA）。與 HinI 利用可見(jiàn)光測(cè)量太陽(yáng)大氣磁場(chǎng)矢量，其結(jié)構(gòu)圖如 1.3 所示。H折射式伽利略望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)，通光口徑 140mm，探測(cè)視場(chǎng) 34′×7.3nm，能以 0.91″衍射極限空間分辨率對(duì)太陽(yáng)成像。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，帶通寬度為 50 ，能夠阻止絕大部分熱流輻射進(jìn)入鏡筒內(nèi)，散光抑制要求。盡管 SDO 空間分辨率不及 Hinode-SOT，但

圖 1.3 SDO-HMI 結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1.3 Structure of SDO-HMI未來(lái)太陽(yáng)探測(cè)計(jì)劃已經(jīng)在軌運(yùn)行的衛(wèi)星，國(guó)際上還在積極開(kāi)展未來(lái)的空間太在研狀態(tài)的包括日本 Solar-C、歐洲 Solar-Obiter 等，下面紹。是日本下一代空間太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星[33, 34]，概念圖見(jiàn)圖 1.4。200de 衛(wèi)星是極其成功的太陽(yáng)觀(guān)測(cè)衛(wèi)星，科學(xué)家不僅首次確定 波，而且意識(shí)到色球?qū)邮抢斫獯糯髿庵写艌?chǎng)加熱、磁場(chǎng)消。在 Hinode 衛(wèi)星基礎(chǔ)上，Solar-C 擬對(duì)整個(gè)太陽(yáng)大氣進(jìn)行譜分辨率觀(guān)測(cè)，以進(jìn)一步理解太陽(yáng)大氣動(dòng)態(tài)和本質(zhì)特征。斷望遠(yuǎn)鏡（SUVIT）口徑 1500mm，探測(cè)視場(chǎng) 3′×3′，能
【參考文獻(xiàn)】

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3 李蓉;王森;施滸立;;空間太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主光學(xué)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)遮光罩熱效應(yīng)[J];紅外與激光工程;2013年11期

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本文編號(hào)：2857549