离轴扇形镜面非球面度的计算

我国天文学家提出了中国30m口径巨型望远镜(CFGT)建议。它的主镜是由17种不同类型的离轴非球面子镜呈圆环形排列拼接而成。考虑了这些子镜磨制过程中有关参数的计算方法，比较了不同的约束条件下的非球面度，给出了每一种非球面子镜在最佳约束条件下的最接近比较球面半径和最大非球面度，并绘制出了子镜镜面上每一点磨削量的三维图，可供将来子镜磨制作为参考。     

基于扇形子镜的12m光学红外望远镜拼接共相误差仿真分析

为满足国内对应用大型通用光学望远镜在光学红外波段进行天文观测的需求, 中国计划建设一架12 m大口径光学红外望远镜(12-meter large aperture optical-infrared telescope, LOT). LOT对于中国天文界具有极其重要的意义, 将会在近红外波段实现共相. LOT的主镜将采用子镜拼接的方案, 由72块扇形子镜拼接而成, 并且中央部分有一块直径4.5m的圆形镜. 分析了采用扇形子镜拼接方案下LOT的共相误差, 提供了详细的共相误差理论推导过程, 并对包括3种子镜面外误差在内的误差源进行深入的单独模拟和综合模拟. 在共相波长为1μm的条件下, 当服从正态分布的倾斜误差的均方根值小于0.016^\prime\prime或服从正态分布的活塞误差的均方根值小于42.5nm时, LOT的斯特列尔比大于0.8. 仿真结果对于采用共相拼接镜面主动光学的主镜在LOT中的应用具有重要意义.     

离轴二次曲面面型参数测量归算方法的研究

为了在制造过程中保证离轴非球面的光学特性,需要对其主要的面型参数进行严格控制,除了常规形式的顶点曲率半径和非球面系数外,还需要控制镜面的离轴量和离轴角.本文基于普通的二次曲面方程,推导了在新坐标系下的二次曲面表达式,并在这个坐标系下,利用Powell共轭方向法求取镜面的顶点曲率半径、二次曲面系数、离轴量和离轴角.通过对抛物面和双曲面两种形式不同外形的镜面数据的计算,拟合的RMS值可以达到10nm的精度,从而表明该测量计算方法可以有效地控制离轴面加工时的参数误差.     

大型拼接镜面望远镜子镜装卸装置的研究

自从400 yr前伽利略第1次使用望远镜观测天空以来,人类为了探索更深的宇宙,望远镜的口径越做越大,拼接镜面望远镜成为趋势.本世纪初一批大口径拼接望远镜先后被研制出来,这其中包括我国的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜LAMOST.随着望远镜口径增大,子镜单元增多,子镜单元的装卸问题日益突出.本文试图对这一问题进行探讨,设计了一套用于LAMOST球面主镜的子镜单元装卸装置,希望为大口径望远镜的子镜装卸提供一些思路和借鉴.     

2.4m天文望远镜光学系统的设计及副镜检验的几种可能方案

详细说明了 2 .4m天文望远镜分别采用主镜焦比f/1 .5和f/3时光学系统的设计 :针对主镜焦比为f/3的凸非球面副镜 ,阐述了运用 4种不同检验方案的设计结果 ;重点介绍了计算全息法。并对几种方案作了比较     

LAMOST子镜镀膜研究进展

对大口径光学/红外天文望远镜而言,为保障其稳定高效运行,镜面镀膜是重要的维护环节之一.镀膜质量的好坏直接影响镜面光学反射率的高低,也严重影响到天文望远镜的成像质量、观测效率.国家重大科技基础设施—大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope, LAMOST,又名郭守敬望远镜)自2009年6月通过国家竣工验收并逐步投入巡天观测,目前已进入第2个5 yr巡天计划阶段,取得近两千万的光谱产出和大批高显示度的科学成果. LAMOST共拥有24块施密特改正镜子镜和37块球面主镜子镜,为了确保在野外恶劣观测环境下镜面反射率维持在较高水平,每年要对大批子镜进行镀膜.主要介绍了镀膜需求、镀膜设备,并基于大量实验和多年的完善探索出一套可行的镀膜工艺流程,确保了LAMOST子镜极高的镀膜质量.镀膜后子镜平均反射率高达90%以上,满足了LAMOST光谱巡天的镜面反射率要求.     

大口径快焦比凸双曲面拼接检测方法研究

分析比较了几种常用的检测大口径凸非球面镜的方法.在此基础上,针对经典的Hindle法检测大口径快焦比凸双曲面时所需的标准球面镜口径过大的问题,提出用两套Hindle光路配合检验的方法,用其中一套光路检测被检镜的中心区域,用另一套光路检测其边缘区域,两套光路采用的标准球面镜对口径的需求明显变小.根据两次检测的结果,通过算法实现数据"拼接",从而得到被检面的整个面形信息.     

拼接镜面主动控制系统的定标

对拼接主镜进行主动控制是拼接镜技术的难点之一,8 m环形拼接太阳望远镜主动光学的控制性能主要取决于倾斜探测的精度与控制模型建立的准确程度。在研制主动控制系统时,需要对倾斜探测精度定标以及建立较为准确的控制模型,即对主动控制系统定标。实验系统中搭建了用于实时探测拼接子镜倾斜的夏克-哈特曼波前传感器,并对其重复测量精度进行了定标,精度达到0.014 arcsec,接近8 m环形太阳望远镜面形控制的要求。然后利用边缘传感器和夏克-哈特曼波前传感器测量了两镜主动控制系统的控制矩阵,建立较为准确的控制模型。     

由两块拼接反射镜组成的光学系统的衍射能量分布

LAMOST的光学系统由反射施密特改正板MA 和球面主镜MB 组成 ,MA 和MB 均为对角径 1 .1m的六角形子镜的拼镜面 .本文计算了星在子午圈上时望远镜观测不同的天区零视场和有视场时的光学系统衍射能量分布 ,还计算了MA 不变MB 改为整块的 6m镜以及MA 和MB 均为对角径 1 .5m的六角形子镜的拼镜面的衍射能量分布 .对这些计算结果进行分析 ,论证了六角形子镜尺寸选择的合理性     

一种新的10米光学/红外望远镜

结合中国的实际情况提出了一 新的中国２１世纪的１０米光学／红外望远镜的方案,它是属于一种非常规概念设计的望远镜。这种新的大望远镜方案吸收了或主要参考了Ａｒｅｃｉｂｏ射电望远镜、美国的ＨｏｂｂｙＥｂｅｒｌｙ９米望远镜和ＬＡＭＯＳＴ方案的前身一光谱巡天望远镜方案。它的主镜是六角形子镜拼成的球面,在观测过程中主镜不动,由焦面的改正镜做跟踪,造价约为同样口径的常规设计望远镜的五分之一,并能满足绝大部分天文     

Study on the Stressed Mirror Polishing with a Continuous Polishing Machine for Large Aperture Off-axis Aspheric Mirrors

A special stressed annular polishing technique is proposed to mill the off-axis aspheric sub-mirrors of a large segmented mirror with an annular polishing machine. Based on the basic principle of stressed annular polishing technique, a set of special stressing mechanisms are designed to convert milling the aspheric surfaces of sub-mirrors with different off-axis distances into milling the spherical surfaces with identical radii of curvature, so that they can be pol- ished simultaneously on a continuous polishing machine. It took about contin- uous 40 hours to polish a scaled-down mirror of the planning Chinese Future Giant Telescope (CFGT) using this technique. This mirror has the 330 mm di- ameter, 3.6 m off-axis distance, and the 21.6 m radius of curvature, and its max- imum asphericity is 16 micron. The experiment shows that this method has a high effciency, suits batch manufacturing, especially the batch manufacturing of aspheric sub-mirrors of the segmented primary mirror of an extremely large aperture telescope.     

Research on the Application of Fast-steering Mirror in Stellar Interferometers

In stellar interferometers, the fast-steering mirror (FSM) is widely utilized to correct the wavefront tilt caused by the atmospheric turbulence and internal instrumental vibration, because of its high resolution and fast response frequency. In this study, the non-coplanar error between the FSM and the actuator deflection axis introduced by the manufacturing, assembly, and adjustment is analyzed systematically. Via a numerical method, the additional optical path difference (OPD) caused by the above factors is studied, and its effect on the fringe tracking accuracy of a stellar interferometer is also discussed. On the other hand, the starlight parallelism between the beams of two arms is one of the main factors for the loss of fringe visibility. By analyzing the influence of wavefront tilt caused by the atmospheric turbulence on fringe visibility, a simple and efficient real-time correction scheme of starlight parallelism is proposed based on a single array detector. The feasibility of this scheme is demonstrated by a laboratory experiment. The results show that after the correction of fast-steering mirror, the starlight parallelism meets preliminarily the requirement of a stellar interferometer on the wavefront tilt.     

KAGRA引力波探测器中蓝宝石测试镜光学性质研究

低温制冷技术是下一代激光干涉仪引力波探测器的核心技术之一. 日本引力波探测器KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector)作为该技术的前沿开拓者, 将运行在20K的超低温环境中, 并使用在低温下热噪声较低的单晶蓝宝石晶体作为测试镜. 然而, 高质量大尺寸低吸收率的蓝宝石晶体极难制备. 此外, 由于蓝宝石晶体存在晶格结构不均匀, 很容易导致不必要的双折射效应, 从而影响探测器的目标灵敏度. 基于上述问题, 开发了两套大尺寸光学测量系统, 首次系统研究了KAGRA低温蓝宝石测试镜的光学特性. 首先, 根据探测器对测试镜热噪声的要求, 开发了一套基于光热共光路干涉技术的光学测量系统, 该系统可对测试镜以及测试镜表面涂层的光学吸收进行有效的表征. 其次, 基于光学吸收测量系统, 开发了一套双折射效应测量系统, 该系统可以有效表征测试镜中双折射的均匀性. 目前两套测量系统的搭建与调试已完成, 对蓝宝石测试镜光学吸收的测量灵敏度达到了1.5ppm/cm, 双折射测量系统的空间分辨率小于0.3mm times 0.3mm. 该工作对降低大尺寸低温测试镜双折射效应及提高探测器灵敏度具有重要意义.     

Φ1650mm口径反射镜的坦克链支撑研究

Phi 1650mm口径反射镜是某套大口径精密光学元件检测装置中的定标校正模块, 用于对检测光路中的缩焦透镜等光学部件进行定标. 反射镜口径越大, 由于自身重力引起的变形问题越严重, 面型精度受到的影响也越大. 对于Phi 1650mm口径反射镜, 系统要求的技术指标是面型误差的均方根(Root Mean Square, RMS)小于1/70波长(波长为\lk 632.8nm). 针对这块光轴始终处于水平状态的大口径反射镜, 提出了坦克链支撑方案, 并与传统的钢带支撑做对比. 对坦克链支撑方案进行有限元分析, 逐步确定了坦克链节数和中心距, 根据标准选取了型号C2162H的双节距大滚子坦克链. 基于赫兹接触理论, 对坦克链滚子与反射镜的边缘非线性接触进行了模型简化. 经过Zernike多项式拟合后, RMS为2.58nm, 满足设计要求. 坦克链支撑结构简单、成像质量好, 同时降低了反射镜的倾覆风险, 可靠性高.     

一个巨型望远镜方案

提出一个有特色的巨型望远镜(FGT)方案．其主镜口径为30米，主焦比为1．2，由1095块圆环形子镜构成．采用地平式装置．光学系统包括Nasmyth系统、折轴(Coude)系统和一个大视场系统．提出一个由4个镜面组成的新的Nasmyth系统，在约10′的视场范围内像斑小于爱里斑，达到衍射极限．比传统的Nasmyth系统的衍射极限视场大得多．可在这样的大视场内同时作好几个小区域的衍射极限的观测．当由Nasmyth系统转换到折轴系统和大视场系统时，采用主动光学技术改变子镜的面形、倾斜和平移，产生一个新的主镜面形，使折轴系统和大视场系统都能得到很好的像质．大视场系统的视场直径25′，场曲轻微，并有可能校正大气色散．给出了子镜面形和位置的公差，并讨论了望远镜的装置和结构,方案中的特色和创新对未来大望远镜的研制有普遍意义．     

主动光学─新一代大望远镜的关键技术

对主动光学技术在现代天文光学望远镜中的作用和工作原理作了较全面的介绍和评论。结合作者近十年的工作对薄镜面主动光学技术和拼接镜面主动光学技术的各个关键部分,如波前检测、波前拟合、校正力的确定、共焦和共面的检测作了较详细且深入的讨论和评述．也介绍了我国目前正在研制的同时采用薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学技术的大天区面积多目标光纤光谱望远镜的主动光学系统。     

Recent progress on the Columbus Project and the Miror Laboratory program

This paper summarizes recent advances on the Columbus Project telescope and in the University of Arizona Mirror Lab. The Columbus telescope structure has been re-optimized to allow rapid changes between foci, while still maintaining high rigidity. Room has been made to translate secondary and tertiary spiders out of the light path to the center. A bill allowing construction of the telescope on Mt. Graham, Arizona, has been passed by Congress and signed into law. Two alternative enclosure designs, one with a co-rotating building and a second which opens like a flower, are being explored.A common baseline design for the 8 m honeycomb mirrors for both the Columbus and Magellan telescopes has been developed. It has stiffness comparable to that of the Palomar 200 inch mirror. The Mirror Lab has successfully cast two 3.5 m honeycomb blanks and expects to begin casting at the 6.5 and 8 m scale at the end of 1990. Interferometric tests of the Vatican f/1 1.8 m borosilicate honeycomb mirror show good stability of figure with the air jet ventilation system. A 60 cm stressed lap has been completed, and will be used to parabolize this mirror which is now polished as an f/1 sphere. Plans for a polishing facility to house two 8 m machines and a test tower are complete, with construction starting in April 1989.Paper presented at the Symposium on the JNLT and Related Engineering Developments, Tokyo, November 29–December 2, 1988.     

Design of 2-M to 6-M Liquid Mirror Containers

A new design is proposed for large (up to 6-m) liquid mirror containers. The design uses Kevlar, foam and aluminum, as in previous designs, but with a different configuration that makes the container lighter, stronger and more rigid. The results of finite element analysis are presented, consisting in the deformations due to temperature changes and to weight, and in the security factor for each material when maximum constraints are applied. Tilt rigidity is also analyzed. They show that the composite material construction technique gives a good performance up to 6 m diameters. The figures and tables contained in this paper can be used as recipes to build containers having diameters between 2 and 6 m. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.