發(fā)布時間：2020-07-25 18:45

【摘要】：大口徑望遠鏡在天文研究中具有重要意義。為了滿足天文研究的需要,要求天文望遠鏡具有更強的探測能力和更高的分辨力,即可更清晰的看見更遠和更弱的目標,因此要求望遠鏡的有效觀測口徑越來越大。由于傳統(tǒng)的單塊望遠鏡主鏡在口徑增大時受到鏡坯制造,加工、裝調(diào)、檢測以及成本等方面的限制。采用分塊拼接主鏡技術(shù)是增大望遠鏡有效口徑的一種技術(shù)途徑,也是目前國際上建設(shè)甚大型望遠鏡的趨勢。拼接主鏡方法是用多個可單獨控制調(diào)整的小口徑反射鏡拼接成為所需大口徑望遠鏡主鏡。拼接望遠鏡由于主鏡的拼接誤差帶來共焦和共相等一系列問題,跟單主鏡望遠鏡相比較,在望遠鏡系統(tǒng)的光學(xué)性能和分析方法方面有很大不同。需要對其進行深入詳細的分析計算,研究拼接誤差與分塊望遠鏡近場特性和遠場特性的關(guān)系,并確定其拼接誤差容限等,為拼接望遠鏡的設(shè)計提供依據(jù)。本論文針對10m口徑拼接望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)開展了如下工作:研究了拼接主鏡中六邊形分塊鏡非球面度的計算、拼接望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性以及主鏡拼接誤差對望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)的影響、拼接主鏡共相位誤差的探測等。主要研究內(nèi)容分為以下幾個部分。1.建立了拼接主鏡的仿真模型,提出了一種新的計算非球面度的方法。這種方法采用了特征點擬合,解決了任意形狀任意光學(xué)對稱軸的離軸非球面鏡的非球面度計算問題。并利用拉格朗日條件極值法,避免了在非球面度計算中由于采用最小二乘法時存在的非線性求解問題。此計算方法可靠,精度高可達到。2.從衍射光學(xué)理論著手,推導(dǎo)出分塊拼接望遠鏡的解析理論公式,建立了任意規(guī)模拼接望遠鏡的物理模型。分析了主焦面上的遠場光學(xué)特性,計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望遠鏡遠場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,建立了拼接望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)的光線追跡模型。利用該模型可計算拼接望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)的波相差、點擴散函數(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望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)性能影響的不足。利用模型對單主鏡望遠鏡系統(tǒng)進行了與Zemax軟件的仿真驗證,精度可靠,并彌補了Zemax軟件在分析拼接望遠鏡這樣復(fù)雜結(jié)構(gòu)時對許多光學(xué)性不能計算的問題,如望遠鏡全口徑的波相差,點擴散函數(shù),傳遞函數(shù)等的分析計算。4.進行了10m級拼接望遠鏡的數(shù)值仿真實驗研究。利用建立的拼接望遠鏡衍射理論模型和光線追跡模型,對該口徑的分塊拼接望遠鏡的遠場特性,以及分塊鏡的拼接誤差進行了全面而詳細的分析。并得到為了保證望遠鏡的斯特列爾比(SR90%),拼接主鏡的平移誤差最好取?/40~/30?P????,傾斜誤差應(yīng)該在望遠鏡1倍分辨率(?/D)以內(nèi)。對拼接望遠鏡的點擴散函數(shù)等進行了部分實驗驗證,實驗結(jié)果和理論計算吻合很好。5.提出一種自標定測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,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。通過測量干涉峰值位置與標定中心的距離可簡單、快速有效地對分塊鏡共相位的平移誤差和傾斜誤差進行高精度測量。并用數(shù)值仿真對理論公式進行了實驗驗證,其結(jié)果一致。本論文對大口徑拼接主鏡型望遠鏡系統(tǒng)進行了理論分析和仿真實驗研究。為我國大口徑望遠鏡的建設(shè)提供了理論依據(jù)及數(shù)據(jù)支持,對拼接主鏡以及望遠鏡系統(tǒng)的設(shè)計、加工、檢測、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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH751

【參考文獻】

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

本文編號：2770213