本文關(guān)鍵詞：離軸反射式天文望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)波前控制方法研究　出處：《中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：近年來,主動(dòng)光學(xué)技術(shù)已成為新一代大型天文望遠(yuǎn)鏡建造必備的關(guān)鍵技術(shù),其通過實(shí)時(shí)對(duì)由鏡面面形改變以及位置失調(diào)所引入的系統(tǒng)波像差進(jìn)行檢測(cè)并校正,保證大型天文望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)性能。主動(dòng)光學(xué)波前控制方法為對(duì)面形誤差與失調(diào)量所引入波像差進(jìn)行合理、有效校正所采用的方式方法,在主動(dòng)光學(xué)技術(shù)中具有重要地位。主動(dòng)光學(xué)波前控制方法主要包含校正量類型的選取以及校正系統(tǒng)波像差所需各校正量具體值的計(jì)算兩部分內(nèi)容。離軸天文望遠(yuǎn)鏡相比于共軸天文望遠(yuǎn)鏡,由于不存在由次鏡及其支撐結(jié)構(gòu)引起的孔徑遮攔,具有更高的能量利用率以及更好的衍射特性。這不僅意味著離軸系統(tǒng)具備更高的成像質(zhì)量,而且有利于宇宙中天體橢率的測(cè)量,對(duì)于暗物質(zhì)、黑洞的觀測(cè)與研究具有重要意義。然而,相比于共軸系統(tǒng),與離軸系統(tǒng)主動(dòng)光學(xué)波前控制方法相關(guān)的理論尚未成熟,需要對(duì)其進(jìn)行深入的理論研究,并提供相應(yīng)的理論指導(dǎo)。這對(duì)于離軸反射式天文望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本文在矢量波像差理論框架之下,針對(duì)離軸反射式天文望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)波前控制方法進(jìn)行了相關(guān)的理論研究。本文首先系統(tǒng)性、深入地研究了面形誤差與側(cè)向失調(diào)量對(duì)系統(tǒng)波像差的影響。其中,推導(dǎo)了以上兩類擾動(dòng)因素對(duì)波像差影響的解析表達(dá)式,討論了不同擾動(dòng)因素之間的像差補(bǔ)償機(jī)理,該部分內(nèi)容可用于選擇合適的校正量類型以及計(jì)算校正系統(tǒng)波像差所需各校正量的值。然后,本文將以上理論應(yīng)用于離軸兩反、三反天文望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)波前控制方法的設(shè)計(jì)之中,并進(jìn)行了相應(yīng)的驗(yàn)證。具體來講,本文主要包含如下內(nèi)容:1.針對(duì)面形誤差對(duì)系統(tǒng)波像差的影響進(jìn)行了系統(tǒng)性、深入的研究。首先推導(dǎo)了不同情形下自由曲面(可位于光闌面、非光闌面以及存在失調(diào)的光學(xué)表面)對(duì)系統(tǒng)波像差影響的解析表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,一方面,討論了不同鏡面位置處同類型面形誤差(本文特指像散和三葉面形誤差)之間的像差補(bǔ)償機(jī)理;另一方面,以兩反望遠(yuǎn)鏡為例,針對(duì)如何區(qū)分不同鏡面像散、三葉面形誤差以及失調(diào)量對(duì)系統(tǒng)波像差的影響提出了一種解析方法,得到了較高的計(jì)算精度。2.針對(duì)離軸(光闌離軸式)反射式天文望遠(yuǎn)鏡在側(cè)向失調(diào)狀態(tài)下的波像差特性進(jìn)行了系統(tǒng)性、深入的研究。首先推導(dǎo)了用于描述離軸系統(tǒng)在失調(diào)狀態(tài)下波像差的三階與五階解析表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,具體討論了傳統(tǒng)離軸兩反與離軸三反系統(tǒng)在側(cè)向失調(diào)狀態(tài)下波像差特性,并利用真實(shí)光線追跡數(shù)據(jù)對(duì)三階與五階表達(dá)式的精度進(jìn)行了驗(yàn)證,對(duì)存在的偏差進(jìn)行了解釋。著重指出了與相應(yīng)共軸系統(tǒng)失調(diào)特性的差異,以此針對(duì)離軸系統(tǒng)主動(dòng)光學(xué)裝調(diào)提出了一些具有指導(dǎo)性意義的見解。最后,通過分析離軸系統(tǒng)中由側(cè)向失調(diào)量所引入像散的特點(diǎn)以及像散與彗差之間的內(nèi)在關(guān)系,論證了離軸系統(tǒng)側(cè)向失調(diào)量對(duì)于主鏡像散面形誤差所引入的波像差具有一定的補(bǔ)償能力。3.針對(duì)不同擾動(dòng)量情形下離軸兩反與離軸三反天文望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)波前控制方法的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。一方面,針對(duì)不同類型的光學(xué)系統(tǒng)以及幾種不同的擾動(dòng)量情形,根據(jù)前文討論的像差補(bǔ)償機(jī)理選擇合適的校正量類型;另一方面,根據(jù)各量對(duì)系統(tǒng)波像差影響的表達(dá)式以及波像差測(cè)量數(shù)據(jù),求解校正系統(tǒng)波像差所需各個(gè)校正量的具體值。通過對(duì)比校正前后全視場(chǎng)平均波像差RMS值的變化,對(duì)以上主動(dòng)光學(xué)波前控制方法的兩方面內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證。最后,根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn),對(duì)本章中采用的校正量計(jì)算模型進(jìn)行初步驗(yàn)證。本文對(duì)于離軸反射式天文望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)波前控制方法的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義與參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH751
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本文編號(hào)：1318563