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子镜面内位移对中国巨型太阳望远镜主镜控制的影响

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光学学报 2017年第12期37卷 313-322页

作者：郭泰戴懿纯许方宇罗永芳陈骥金振宇中国科学院云南天文台云南昆明650216 中国科学院天文大科学研究中心北京100012 中国科学院大学北京100049 云南省应用天文技术工程实验室云南昆明650216 云南北方驰宏光电有限公司云南昆明650217

针对中国巨型太阳望远镜(CGST)的8m环形太阳望远镜(8m-RST)设计方案,建立了其边缘传感器和光学传感器响应子镜面内位移量的模型,进而分析了子镜面内位移对环形拼接主镜面形保持的影响。考虑了望远镜桁架因望远镜指向和温度改变所引起的... 详细信息

针对中国巨型太阳望远镜(CGST)的8m环形太阳望远镜(8m-RST)设计方案,建立了其边缘传感器和光学传感器响应子镜面内位移量的模型,进而分析了子镜面内位移对环形拼接主镜面形保持的影响。考虑了望远镜桁架因望远镜指向和温度改变所引起的子镜面内位移量,发现该位移量会破坏8m-RST的面形保持效果。为解决面内位移对8m-RST面形保持的不利影响,提出了相应的主镜控制模型改进方案。改进方案是:通过在子镜拼缝处加装两组间隙量传感器和一组剪切量传感器,利用增加的探测量估算子镜的面内位移量,进而修正边缘传感器与光学传感器的设定值。当间隙量和剪切量的探测精度优于23nm时,改进方案可以满足CGST的8m-RST方案的面形保持要求。

关键词：光学设计主动光学中国巨型太阳望远镜拼接镜面系统建模

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拼接式反射镜共相误差检测

光学学报 2017年第11期37卷 147-154页

作者：郑彬陆培芬陈永和傅雨田中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院红外成像与探测技术重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200062

基于圆孔衍射理论,设计了一套拼接式反射镜的共相误差光学检测系统,并采用双波长窄带共相算法实现对合成孔径拼接镜的共相检测。方案中设计了圆孔掩模板、相位板和微棱镜阵列,通过数值仿真得到子镜间存在一系列台阶差时的圆孔衍射模板图... 详细信息

基于圆孔衍射理论,设计了一套拼接式反射镜的共相误差光学检测系统,并采用双波长窄带共相算法实现对合成孔径拼接镜的共相检测。方案中设计了圆孔掩模板、相位板和微棱镜阵列,通过数值仿真得到子镜间存在一系列台阶差时的圆孔衍射模板图样,再将待测图样与模板图样进行相关匹配,获得当前子镜间存在的台阶差。在将检测方案应用于拼接镜检测之前,通过相位板在光路中引入已知量相位差进行模拟实验,对衍射图样进行采样和匹配;实验结果验证了方案的可行性,可实现对合成孔径拼接面进行较高精度的共相检测。

关键词：测量圆孔衍射共相检测拼接镜面合成孔径系统

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拼接式反射镜共焦误差检测

光学精密工程 2019年第1期27卷 26-33页

作者：郑彬陈永和傅雨田中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室上海200083 中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院大学北京100049

基于传统的夏克-哈特曼波前传感技术,针对实验室现阶段所拥有的合成孔径望远镜系统设计了一套共焦检测系统,用于对合成孔径系统的拼接主镜进行倾斜量误差检测。由于受实验平台振动和实验环境气流扰动等因素的影响,导致检测系统的夏克-... 详细信息

基于传统的夏克-哈特曼波前传感技术,针对实验室现阶段所拥有的合成孔径望远镜系统设计了一套共焦检测系统,用于对合成孔径系统的拼接主镜进行倾斜量误差检测。由于受实验平台振动和实验环境气流扰动等因素的影响,导致检测系统的夏克-哈特曼光斑质心阵列做无规则的抖动,检测系统难以实现高精度共焦。针对该问题提出采用连续帧频数据采样叠加滤波处理的方法来克服实验环境因素的影响;将采集的连续帧频数据逐帧处理,相互叠加,分析光斑质心分布规律,通过构建光斑分布图样最小外接矩形获取光斑质心位置,从而有效的提高了共焦检测系统的准确度。实验表明中心镜沿x与y方向的倾斜量误差数据的标准差分别从0.029 7与0.009 2降到了6.0×10-5与5.1614×10-4。最终光斑质心数据的稳定性得到了不止一个量级的提升,良好的克服了因实验环境因素导致检测系统精度损失的问题,同时也验证了共焦检测系统方案的可行性。

关键词：光学检测共焦误差检测拼接镜面合成孔径系统

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环形拼接太阳望远镜主镜控制系统的频率特性

光学学报 2018年第11期38卷 285-295页

作者：郭泰戴懿纯杨德华王斌金振宇中国科学院云南天文台云南昆明650216 中国科学院天文大科学研究中心北京100012 中国科学院大学北京100049 南京航空航天大学江苏南京211106 云南省应用天文技术工程实验室云南昆明650216

建立了8 m环形拼接太阳望远镜(8-m-RST)的主镜控制系统的数字控制器模型。通过提取系统模型的频率特性参数,获得了采样周期、相对稳定性、积分增益与控制带宽之间的关系。引入脉动风干扰模型,通过仿真验证了主镜系统在平均风速较低的脉... 详细信息

建立了8 m环形拼接太阳望远镜(8-m-RST)的主镜控制系统的数字控制器模型。通过提取系统模型的频率特性参数,获得了采样周期、相对稳定性、积分增益与控制带宽之间的关系。引入脉动风干扰模型,通过仿真验证了主镜系统在平均风速较低的脉动风扰动影响下的性能。研究结果表明,8-m-RST的主镜控制系统稳定且控制带宽满足0.2 Hz的设计要求,能有效抑制2 m/s平均风速的干扰,对8-m-RST结构设计的改进、倾斜传感器和控制器的设计都有重要的参考价值。

关键词：光学设计主动光学拼接镜面中国巨型太阳望远镜频率特性系统建模

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拼接子镜力矩促动器布局的优化设计

光学精密工程 2019年第2期27卷 363-371页

作者：宫雪非陈迅陈哲中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所江苏南京210042 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所) 江苏南京210042 中国科学院大学北京100049

为了降低较为昂贵的镜面抛光和光机装配费用,以及应对温度、重力及其他意外因素导致的镜面低阶像差,一种在被动浮动支撑结构上施加力矩以实现面形实时校正的力矩促动器在部分望远镜上已有成熟应用。本文旨在针对我国未来的大口径地基光... 详细信息

为了降低较为昂贵的镜面抛光和光机装配费用,以及应对温度、重力及其他意外因素导致的镜面低阶像差,一种在被动浮动支撑结构上施加力矩以实现面形实时校正的力矩促动器在部分望远镜上已有成熟应用。本文旨在针对我国未来的大口径地基光学望远镜,对其拼接子镜力矩促动器的分布进行优化与设计。根据工程经验和参考文献初步确定力矩促动器所需的校正能力,通过三维建模软件对拼接子镜及镜室进行建模,最后通过有限元仿真和最小二乘法拟合对力矩促动器的布局进行优化设计。计算结果表明,采用18个力矩促动器的分布方案能够对离焦、像散、彗差和三叶像差进行良好的校正。对于具有数百面子镜的拼接望远镜来说,18个力矩促动器方案在满足光学设计需求的同时,有效节约了建设经费并降低了工艺的复杂性。

关键词：拼接镜面力矩促动器有限元折减系数面形分析

高精度微位移促动器及其在极地天文望远镜中的应用

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中国科学：技术科学 2016年第7期46卷 697-705页

作者：白清顺王群张庆春娄铮梁迎春哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 中国科学院南京紫金山天文台南京210008

采用高精度拼接技术获得大口径天文望远镜是当前制造大型望远镜的一种有效途径.本文以微位移促动器在大口径天文望远镜中的应用为背景,阐述了拼接镜面的工作原理以及微位移促动器的特点.结合已建成的地基大口径拼接望远镜,评述了典型的... 详细信息

采用高精度拼接技术获得大口径天文望远镜是当前制造大型望远镜的一种有效途径.本文以微位移促动器在大口径天文望远镜中的应用为背景,阐述了拼接镜面的工作原理以及微位移促动器的特点.结合已建成的地基大口径拼接望远镜,评述了典型的微位移促动器的机械结构和工作原理.重点分析了极地低温环境下微位移促动器相关技术的研究现状,包括低温机械结构设计、防冰和除冰技术、低温促动器的材料,低温润滑技术以及促动器控制技术.最后总结了微位移促动器应用于南极天文天文望远镜需解决的关键技术,并对未来应用于南极地区微位移促动器的发展趋势提出展望.

关键词：微位移促动器天文望远镜极地拼接镜面

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拼接式合成孔径光学系统的失调误差分析研究

光学技术 2007年第1期33卷 130-133页

作者：邓键张伟左保军刘剑峰哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心哈尔滨150001

拼接式合成孔径光学系统对系统误差分配有特殊要求,子镜失调将严重改变波前分布,影响系统成像。对一个拼接镜面的卡式原理演示系统进行了误差分析论证,并使用ZYGO干涉仪进行实测。结果表明,拼接镜面的波前误差RMS值和PV值有特殊关系,但... 详细信息

拼接式合成孔径光学系统对系统误差分配有特殊要求,子镜失调将严重改变波前分布,影响系统成像。对一个拼接镜面的卡式原理演示系统进行了误差分析论证,并使用ZYGO干涉仪进行实测。结果表明,拼接镜面的波前误差RMS值和PV值有特殊关系,但在一定范围内仍可获得较好的MTF曲线。

关键词：成像光学太空望远镜拼接镜面误差分析光程差

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子孔径合成光学成像系统像质评价研究

光学学报 2008年第4期28卷 687-691页

作者：张伟邓键龙夫年赵明左宝君哈尔滨工业大学空间光学研究中心黑龙江哈尔滨150001

由于子孔径合成光学成像系统出瞳波前离散,成像特征有异于常规光学系统。对比了两种子孔径合成光学成像系统的像质评价方法,其一是直接利用干涉仪实测获得的整体出瞳波面参量,拟合成泽尼克多项式,通过快速傅里叶变换获得光学系统的调制... 详细信息

由于子孔径合成光学成像系统出瞳波前离散,成像特征有异于常规光学系统。对比了两种子孔径合成光学成像系统的像质评价方法,其一是直接利用干涉仪实测获得的整体出瞳波面参量,拟合成泽尼克多项式,通过快速傅里叶变换获得光学系统的调制传递函数;其二是对子出瞳波面在像面复振幅分布的衍射直接积分叠加计算系统调制传递函数。对于离散出瞳波前,拟合的泽尼克多项式不可避免有较大误差,由此计算获得的调制传递函数与实际测量值有较大区别。设计并制造了一个三子镜合成的成像光学系统,在此基础上用ZYGO GPI干涉仪验证并对比了使用两种方法对像质计算的特点。结果表明,子出瞳波面直接衍射积分叠加法的精度更高,但计算量大,且要获得更高的像质评价精度,应使用更适于表达离散不规则形状子出瞳波前的波函数。

关键词：合成孔径光学系统拼接镜面象差误差分析波前

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空间拼接主镜望远镜共相位检测方法

光学学报 2009年第9期29卷 2435-2440页

作者：王姗姗朱秋东曹根瑞北京理工大学光电学院北京100081

总结了常用的共相位检测方法,分析了各种方法的特点及其用于空间望远镜在轨检测的适用性。提出了一种新的基于色散瑞利干涉原理的共相位误差检测方法和相应的干涉条纹数据处理方法——二维色散条纹分析法。介绍了色散瑞利干涉法的基本原... 详细信息

总结了常用的共相位检测方法,分析了各种方法的特点及其用于空间望远镜在轨检测的适用性。提出了一种新的基于色散瑞利干涉原理的共相位误差检测方法和相应的干涉条纹数据处理方法——二维色散条纹分析法。介绍了色散瑞利干涉法的基本原理,给出了其检测拼接主镜望远镜共相位误差的光路图。为验证所提出的方法,搭建了一套色散瑞利干涉仪检测共相位误差的实验验证装置。初步的实验结果表明所搭建的色散瑞利干涉实验装置的量程可达到200μm,多次测量值的均方根误差(重复性)优于2 nm,共相位误差δ≤1μm时,测量精度为6.56 nm,可以满足空基分块主镜望远镜在轨共相位检测的要求。

关键词：测量共相位检测色散瑞利干涉拼接镜面