【摘要】：大口徑望遠(yuǎn)鏡在天文研究中具有重要意義。為了滿足天文研究的需要,要求天文望遠(yuǎn)鏡具有更強(qiáng)的探測(cè)能力和更高的分辨力,即可更清晰的看見(jiàn)更遠(yuǎn)和更弱的目標(biāo),因此要求望遠(yuǎn)鏡的有效觀測(cè)口徑越來(lái)越大。由于傳統(tǒng)的單塊望遠(yuǎn)鏡主鏡在口徑增大時(shí)受到鏡坯制造,加工、裝調(diào)、檢測(cè)以及成本等方面的限制。采用分塊拼接主鏡技術(shù)是增大望遠(yuǎn)鏡有效口徑的一種技術(shù)途徑,也是目前國(guó)際上建設(shè)甚大型望遠(yuǎn)鏡的趨勢(shì)。拼接主鏡方法是用多個(gè)可單獨(dú)控制調(diào)整的小口徑反射鏡拼接成為所需大口徑望遠(yuǎn)鏡主鏡。拼接望遠(yuǎn)鏡由于主鏡的拼接誤差帶來(lái)共焦和共相等一系列問(wèn)題,跟單主鏡望遠(yuǎn)鏡相比較,在望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的光學(xué)性能和分析方法方面有很大不同。需要對(duì)其進(jìn)行深入詳細(xì)的分析計(jì)算,研究拼接誤差與分塊望遠(yuǎn)鏡近場(chǎng)特性和遠(yuǎn)場(chǎng)特性的關(guān)系,并確定其拼接誤差容限等,為拼接望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本論文針對(duì)10m口徑拼接望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)開(kāi)展了如下工作:研究了拼接主鏡中六邊形分塊鏡非球面度的計(jì)算、拼接望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性以及主鏡拼接誤差對(duì)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的影響、拼接主鏡共相位誤差的探測(cè)等。主要研究?jī)?nèi)容分為以下幾個(gè)部分。1.建立了拼接主鏡的仿真模型,提出了一種新的計(jì)算非球面度的方法。這種方法采用了特征點(diǎn)擬合,解決了任意形狀任意光學(xué)對(duì)稱軸的離軸非球面鏡的非球面度計(jì)算問(wèn)題。并利用拉格朗日條件極值法,避免了在非球面度計(jì)算中由于采用最小二乘法時(shí)存在的非線性求解問(wèn)題。此計(jì)算方法可靠,精度高可達(dá)到。2.從衍射光學(xué)理論著手,推導(dǎo)出分塊拼接望遠(yuǎn)鏡的解析理論公式,建立了任意規(guī)模拼接望遠(yuǎn)鏡的物理模型。分析了主焦面上的遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)特性,計(jì)算了分塊鏡平移誤差(Piston error)、傾斜誤差(Tip-tilt error)以及分塊鏡間隔對(duì)光學(xué)系統(tǒng)性能的影響。得到分塊鏡平移誤差和傾斜誤差對(duì)望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)場(chǎng)的綜合作用為各自誤差量作用的乘積。3.利用幾何光學(xué)理論,建立了拼接望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的光線追跡模型。利用該模型可計(jì)算拼接望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的波相差、點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)、光學(xué)傳遞函數(shù)、斯特列爾比等。此模型的建立,解決了衍射光學(xué)理論不能模擬仿主鏡拼接誤差對(duì)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)性能影響的不足。利用模型對(duì)單主鏡望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)進(jìn)行了與Zemax軟件的仿真驗(yàn)證,精度可靠,并彌補(bǔ)了Zemax軟件在分析拼接望遠(yuǎn)鏡這樣復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)許多光學(xué)性不能計(jì)算的問(wèn)題,如望遠(yuǎn)鏡全口徑的波相差,點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù),傳遞函數(shù)等的分析計(jì)算。4.進(jìn)行了10m級(jí)拼接望遠(yuǎn)鏡的數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)研究。利用建立的拼接望遠(yuǎn)鏡衍射理論模型和光線追跡模型,對(duì)該口徑的分塊拼接望遠(yuǎn)鏡的遠(yuǎn)場(chǎng)特性,以及分塊鏡的拼接誤差進(jìn)行了全面而詳細(xì)的分析。并得到為了保證望遠(yuǎn)鏡的斯特列爾比(SR90%),拼接主鏡的平移誤差最好取?/40~/30?P????,傾斜誤差應(yīng)該在望遠(yuǎn)鏡1倍分辨率(?/D)以內(nèi)。對(duì)拼接望遠(yuǎn)鏡的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)等進(jìn)行了部分實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算吻合很好。5.提出一種自標(biāo)定測(cè)量分塊鏡共相位誤差的方法。從衍射光學(xué)理論出發(fā),推導(dǎo)出任意位置矩形光瞳成像在光軸上的特點(diǎn),可作為參考中心。并得到兩相鄰分塊鏡干涉峰值與相位誤差之間的關(guān)系。通過(guò)測(cè)量干涉峰值位置與標(biāo)定中心的距離可簡(jiǎn)單、快速有效地對(duì)分塊鏡共相位的平移誤差和傾斜誤差進(jìn)行高精度測(cè)量。并用數(shù)值仿真對(duì)理論公式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,其結(jié)果一致。本論文對(duì)大口徑拼接主鏡型望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)研究。為我國(guó)大口徑望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)提供了理論依據(jù)及數(shù)據(jù)支持,對(duì)拼接主鏡以及望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)、裝調(diào)等有指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH751

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 沙定國(guó)，全書學(xué)，朱秋東，蘇大圖;光學(xué)非球面度的定義及其準(zhǔn)確計(jì)算[J];光子學(xué)報(bào);1995年01期

本文編號(hào)：2770213