發(fā)布時間：2017-10-24 22:25

  本文關鍵詞：2米望遠鏡液晶自適應光學系統(tǒng)的關鍵技術研究

  更多相關文章： 自適應光學 光機結構設計 哈特曼波前探測器 大氣色散校正器 膠粘反射鏡 光學系統(tǒng)裝調與檢測

【摘要】：液晶自適應光學技術以其校正單元多、校正量大、價格低廉等優(yōu)點,越來越受到人們的關注。近年來,液晶自適應光學系統(tǒng)與大口徑地基望遠鏡匹配取得了很好的觀測效果。隨著望遠鏡口徑的增大,成像分辨率要求的提高,望遠鏡系統(tǒng)對自適應光學系統(tǒng)的要求也越來越高。如系統(tǒng)中的關鍵器件哈特曼波前探測器,不僅要在光學設計上滿足探測要求,同時還要在工作時無振動始終處于最佳位置,以保證高精度探測效果;隨著成像分辨率的增加,原本不顯著的大氣色散問題也嚴重影響自適應光學系統(tǒng)的成像效果;光學元件尺寸的增大對支撐結構的要求提高等等。本論文針對與2米望遠鏡相匹配的液晶自適應光學系統(tǒng)的關鍵技術進行了研究。設計了哈特曼波前探測器。針對2米口徑望遠鏡、大氣相干長度10cm的探測條件,設計并模擬分析了哈特曼波前探測器的光學鏡頭,完成了與EMCCD的組裝。采用曲柄滑塊機構,實現(xiàn)了由直線運動轉換為轉動運動,獲得了高精度、強穩(wěn)定性的二維自動控制調節(jié)機構,使哈特曼波前探測器在俯仰和方位上的調節(jié)精度分別為±0.43角秒和±2.1角秒,優(yōu)于6角秒的設計指標要求。分析了不同觀測天頂角下的大氣色散對系統(tǒng)成像分辨率的影響,以液晶波前校正器的校正中心波長785nm為基準,選擇了折射率曲線交叉點在該波長處的FK51和QK3兩種材料,將這兩種材料的對稱楔形膠合平板制成2個鏡片,分別固定于對稱反轉的兩空心轉軸內,采用步進電機驅動,依據(jù)望遠鏡俯仰角進行自動控制旋轉,制備出大氣色散校正器,使目標光束在透過大氣色散校正器后的成像位置不發(fā)生改變。為解決大氣色散校正器中空心軸轉角誤差的測量問題,設計出基于自準直儀的360°連續(xù)轉角測量裝置,利用光楔消除了傳統(tǒng)測量方法存在的軸系擺角誤差,消除了擺角對測量結果的影響。利用該測量裝置檢測了大氣色散校正器中兩空心轉軸的轉角精度,分別為±0.05度和±0.07度,均優(yōu)于0.1度的設計要求。提出了基于等效應力法的光學元件膠粘建模方法,解決了整體建模法的模型復雜問題,實現(xiàn)了中小型光學元件膠粘模型的快捷仿真分析。利用等效應力法模擬分析了溫度對膠粘反射鏡面形的影響,并進行了實驗驗證,實驗和仿真結果基本吻合,證明了等效應力法的有效性。提出先單元模塊裝調、再進行單元模塊對接的總體光路裝調方案,設計并標定了光軸探測裝置,利用該裝置實現(xiàn)了液晶自適應光學系統(tǒng)的整體光軸裝調,光學元件的裝調精度可達±5角秒。提出了以傾斜鏡為基準的液晶自適應系統(tǒng)孔徑對準裝調方案,利用液晶校正器施加離焦圖案、哈特曼探測器實時探測的方法,實現(xiàn)了液晶校正器的校正區(qū)域和哈特曼探測器的探測區(qū)域的精確對準。最后,利用Zygo干涉儀和哈特曼波前探測器對裝調光路進行了檢測,探測支路與校正成像支路的波像差RMS分別為0.09λ和0.06λλ632.8nm,均優(yōu)于0.1λ的設計要求。本論文詳細研究了2米望遠鏡液晶自適應光學系統(tǒng)的研制關鍵技術,為液晶自適應光學系統(tǒng)的工程應用奠定了基礎,同時也為與4米、8米等大口徑地基望遠鏡相匹配的自適應光學系統(tǒng)的研制提供了經驗。
【關鍵詞】：自適應光學 光機結構設計 哈特曼波前探測器 大氣色散校正器 膠粘反射鏡 光學系統(tǒng)裝調與檢測
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(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】：2016
【分類號】：TH743
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 自適應光學在空間目標觀測中的作用13-16
• 1.2 液晶自適應光學系統(tǒng)的優(yōu)勢及發(fā)展現(xiàn)狀16-25
• 1.3 本論文的研究內容25-27
• 第2章 液晶自適應光學系統(tǒng)的光學結構設計27-37
• 2.1 引言27
• 2.2 2米望遠鏡的液晶自適應光學系統(tǒng)的工作原理及技術要求27
• 2.3 2米望遠鏡的液晶自適應光學系統(tǒng)的光學結構27-31
• 2.4 液晶校正器響應矩陣的測量光路31-34
• 2.4.1 液晶響應矩陣測量光路的設計31-32
• 2.4.2 反射鏡的移動精度分析32-34
• 2.5 出瞳誤差分析34-35
• 2.6 小結35-37
• 第3章 液晶自適應光學系統(tǒng)中主要部件的光機結構設計37-99
• 3.1 引言37
• 3.2 哈特曼波前探測器的設計37-60
• 3.2.1 微透鏡陣列和CCD相機的選擇38-40
• 3.2.2 哈特曼波前探測器的光學結構設計40-43
• 3.2.3 哈特曼波前探測器的高精度調節(jié)機構設計43-49
• 3.2.4 回程差分析49-51
• 3.2.5 調節(jié)機構穩(wěn)定性分析51-53
• 3.2.6 調節(jié)機構實驗測試53-60
• 3.3 色散校正器的設計60-83
• 3.3.1 色散校正器的光學設計64-71
• 3.3.2 色散校正器的機械結構設計71-72
• 3.3.3 轉角測量系統(tǒng)的設計72-80
• 3.3.4 轉軸轉角的測量80-83
• 3.4 反射鏡支撐結構分析83-96
• 3.4.1 溫度變化對反射鏡的應力作用86-88
• 3.4.2 強迫位移約束對反射鏡面形的影響88-92
• 3.4.3 實驗對比分析92-96
• 3.5 小結96-99
• 第4章 液晶自適應光學系統(tǒng)的裝調與檢測99-119
• 4.1 引言99
• 4.2 裝調與檢測方案的提出99-107
• 4.2.1 元件的裝調方案99-103
• 4.2.2 系統(tǒng)的檢測方案103-107
• 4.3 前準直單元的裝調與檢測107-110
• 4.4 校正成像單元的裝調與檢測110-111
• 4.5 其他單元的裝調與檢測111-113
• 4.6 單元間對接及系統(tǒng)整體檢測113-117
• 4.7 小結117-119
• 第5章 結論與展望119-121
• 參考文獻121-135
• 在學期間學術成果情況135-137
• 指導教師及作者簡介137-139
• 致謝139-140

【參考文獻】

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本文編號：1090834