隨著天文探測(cè)水平的提高,偏振像差對(duì)天文望遠(yuǎn)鏡成像質(zhì)量的影響逐漸凸顯。基于偏振光線追跡,分析了一種用于探測(cè)宇宙弱引力透鏡效應(yīng)的無(wú)遮攔離軸天文望遠(yuǎn)鏡的偏振像差,得到了該望遠(yuǎn)鏡的瓊斯瞳、振幅響應(yīng)矩陣以及望遠(yuǎn)鏡中各個(gè)反射鏡的二向衰減和相位延遲分布特性。計(jì)算發(fā)現(xiàn)偏振像差會(huì)影響該望遠(yuǎn)鏡的成像對(duì)比度,同時(shí)還會(huì)改變其點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的空間分布。計(jì)算了偏振像差對(duì)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)橢率的影響,結(jié)果表明偏振像差會(huì)導(dǎo)致該望遠(yuǎn)鏡光學(xué)橢率在全視場(chǎng)范圍內(nèi)發(fā)生不同程度的變化,最大改變量為7.5×10^-3,平均改變量為2.7×10^-3。在視場(chǎng)[-0.0487°,0.155°]附近,偏振像差使得該望遠(yuǎn)鏡光學(xué)橢率最大插值誤差由1.2×10^-4增大為1.1×10^-3。本文研究結(jié)果表明,對(duì)于探測(cè)弱引力透鏡效應(yīng)等要求超高成像質(zhì)量的天文望遠(yuǎn)鏡,偏振像差不可忽略,需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 

【文章來(lái)源】：光學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(08)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

無(wú)遮攔離軸天文望遠(yuǎn)鏡光路圖

在圖2所示的二向衰減圖中,線段的長(zhǎng)度表示二向衰減幅值,線段的方向表示最大透過(guò)率軸的朝向。圖1所示的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中,M1、M2、M3和M4均是離軸反射元件,而圖2的計(jì)算結(jié)果也表明各個(gè)元件的二向衰減圖均失去了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性,這與同軸望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)存在明顯差別[2, 12]。從圖2可以發(fā)現(xiàn),各個(gè)反射鏡的二向衰減最大值依次為2.7×10-3,6.7×10-3,9.2×10-3,0.01。顯然,除了二次曲面M1的二向衰減值明顯較小外,二次曲面M2、自由曲面M3以及平面反射鏡M4的二向衰減最大值比較接近。然而,在30 m望遠(yuǎn)鏡等同軸系統(tǒng)中[2, 12],二次曲面反射鏡的二向衰減幅值明顯小于45°轉(zhuǎn)折平面反射鏡,這使得30 m望遠(yuǎn)鏡的二向衰減主要是由其45°平面反射鏡決定。而本文分析的離軸系統(tǒng)的二向衰減則是由M2、M3以及M4共同決定。在天文觀測(cè)中,大多數(shù)星系目標(biāo)均為非偏振光源[2],故望遠(yuǎn)鏡的入射光很可能是非偏振光。因望遠(yuǎn)系統(tǒng)存在二向衰減,將導(dǎo)致出射光不再是非偏振光,而是存在偏振度,且出射光線的偏振度等于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的二向衰減幅值。此外,望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的二向衰減還會(huì)導(dǎo)致入射光的部分能量耦合到正交偏振態(tài),造成偏振串?dāng)_,這將降低天文望遠(yuǎn)鏡的成像對(duì)比度,進(jìn)而對(duì)星冕儀等造成影響[11]。

圖3給出了圖1望遠(yuǎn)鏡中各個(gè)反射鏡的相位延遲分布圖,其中線段長(zhǎng)度表示相位延遲的大小,單位是弧度(rad),線段朝向表示快軸方向。需要指出的是,圖3所示的計(jì)算結(jié)果均已將幾何坐標(biāo)變化引起的相位延遲剔除[25]。相位延遲表示不同偏振光經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后,其相位變化不同,這將導(dǎo)致不同偏振態(tài)光線經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后其波像差不同。因此,對(duì)于非偏振入射光,其正交偏振分量經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡后的波像差也將不同。與圖2所示的二向衰減圖類似,離軸望遠(yuǎn)鏡中各個(gè)反射鏡的相位延遲圖均失去了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。二次曲面反射鏡M1和M2的相位延遲最大值分別為0.015 rad和0.03 rad,大于自由曲面反射鏡M3和平面反射鏡M4的相位延遲。需要指出的是,在文獻(xiàn)[2,12]的同軸望遠(yuǎn)鏡中,45°平面反射鏡的相位延遲最大,這與本文離軸望遠(yuǎn)鏡的計(jì)算結(jié)果明顯不同。2.2 瓊斯瞳圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于差分空間像主成分分析的偏振像差檢測(cè)方法[J]. 孟澤江,李思坤,王向朝,步揚(yáng),楊朝興,戴鳳釗.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2019(07)
[2]折反式望遠(yuǎn)系統(tǒng)全視場(chǎng)全口徑偏振特性研究[J]. 王稼禹,李英超,史浩東,江倫,王超,劉壯,李冠霖.  紅外與激光工程. 2019(03)
[3]快速空間測(cè)角系統(tǒng)中偏振像差的分析與研究[J]. 李春艷,陸衛(wèi)國(guó),喬琳.  物理學(xué)報(bào). 2018(03)
[4]相干激光通信光學(xué)系統(tǒng)偏振像差研究[J]. 楊宇飛,顏昌翔,胡春暉,吳從均.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2016(11)
[5]用于空間目標(biāo)偏振探測(cè)的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)偏振分析[J]. 王國(guó)聰,王建立,張振鐸,明名,張斌,曾蔚.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2014(12)

博士論文
[1]高精度偏振激光雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)研究[D]. 羅敬.浙江大學(xué) 2018

碩士論文
[1]空間光學(xué)系統(tǒng)中偏振像差的分析和模擬[D]. 邱寶瑋.浙江大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3313514