折衍混合复消色差望远物镜设计的PWC方法

将衍射结构视为折射率无限大的薄透镜，研究了衍射透镜高折射率表示的折衍混合复消色差望远物镜设计的PWC方法；设计了焦距为2000mm、相对孔径为1/15的双片型折衍混合复消色差望远物镜，并与常规三片型纯折射复消色差望远物镜进行了比较，结果表明双片型折衍混合复消色差望远物镜具有更好的二级光谱校正能力，色球差更小，因此具有更好的成像质量.     

折衍混合单透镜替代双胶合望远物镜的设计研究

提出了一种用以替代双胶合望远物镜的折衍混合单透镜的设计方法，由于一般望远物镜相对较大、视场较小，故其球差和色关功效大，校正要求高，而与视场有关的像差本身较小。通过分析初级像差，本文研究了折衍混合单透镜的折射器件（基底）选型、初始结构设计及消色差和球差的方法，仅采用一种玻璃材料Ｋ９，设计的折射混合透镜具有与原传统结构相当的色差和降低了约一半的单色像差，能成功地取代传统双胶合物镜；展示了折衍混合结构在     

宽光谱超大孔径反衍望远系统设计

二元光学元件具有许多传统光学元件无法比拟的优越性。利用2个二元光学元件作为系统的物镜和目镜,通过确定各元件的基本结构、孔径大小,设计了25m的超大孔径反衍混合望远系统。所设计系统的弥散斑大小及MTF函数都能够达到设计要求。使用谐衍射透镜代替普通衍射透镜,对系统进一步改进,使望远系统获得了较宽的光谱范围。试验结果表明:改进后的系统无论在单一光谱、多频带光谱或者连续光谱范围,都能够获得接近衍射极限的成像质量。     

消热差大相对孔径中波红外望远物镜的研制

为满足低成本空间热成像系统重量轻、适应环境温度范围宽的要求,研制了消热差的大相对孔径中波红外望远物镜,其焦距为100mm,F数为1,全视场角为5°.物镜设计采用了匹兹伐结构型式,仅由两块硅(Si)透镜和一块锗(Ge)的折/衍混合透镜组成,能够实现-20～+60℃环境温度变化范围内光学被动消热差.对实际加工的红外物镜进行...     

二元光学器件实现含转像棱镜望远物镜像差补偿研究(英文)

以像差理论为指导分析了混合望远物镜中二元光学透镜与转像棱镜之间的像差补偿问题.计算了二元光学器件的相位系数,确定了含补偿棱镜望远物镜的初始结构.用CODE V光学设计软件对望远物镜初始结构优化后的像差结果表明:系统色差在0.9相对孔径高度得到了校正,纵向球差在容限范围0.5 mm之内,最大横向误差为-0.115 mm.     

轻小型可见/近红外实时成像光谱仪的光学系统设计

为了解决传统成像光谱仪难以实现光谱和图像信息实时获取的问题,设计一款可见/近红外宽谱段视频型成像光谱仪系统。系统利用多狭缝分光成像技术,将目标光谱图像进行区域划分,代替传统的推帚型成像光谱仪,实现光谱维的大视场成像。采用低色散光学玻璃和双胶合透镜实现宽谱段光学系统的像差校正。前置望远物镜系统采用复杂的双高斯结构,实现小畸变设计和不同视场狭缝处能量的均匀分布。为了同时获取高空间分辨率的实时视频监控和高光谱分辨率,利用分光棱镜将前置望远物镜的像分为两路,一路直接由高分辨率全色相机接收,另一路进入分光系统由灰度相机接收。采用三块棱镜作为分光元件,通过优化材料组合和实际光线控制,获得了萤石-熔石英-萤石理想棱镜组合,实现了光路同轴性和良好色散线性度。设计结果为光学系统的光谱范围为400~1000 nm,F数为3.5,前置望远物镜奈奎斯特频率处设计调制传递函数(MTF)大于0.5,畸变小于0.1%,像面照度均匀性高于98%。整个系统奈奎斯特频率处设计MTF大于0.44,平均光谱分辨率为10 nm。     

平象场复消色差大视场显微物镜光学设计

讨论了大视场显微物镜的主要设计思想，二级光谱校正及匹茨瓦和校正。最后用中心点亮度评价了一个设计实例。     

基于正常色散玻璃二级光谱的校正

利用正常色散玻璃校正二级光谱理论,给出了单个折射面二级光谱的计算法则,并应用此算法进行光学系统设计,给出了两个设计实例.系统仅使用正常色散玻璃组合,采用三组型设计结构,由三个大空气间隔的分离透镜组构成,很好地校正了二级光谱.     

利用本征色差校正二级光谱

一个消色差的透镜系统可由若干个互相贴合的或互相分离的、由冕玻璃和火石玻璃组成的组元组成。从理论上讲,如果使每一组元产生一定量的色差,并使色差的正或负与玻璃的选择满足一定的关系,则整个透镜系统的二级光谱可减小到任意值。本文给出了利用这一原理设计的、校正了二级光谱的两个三片复杂化型物镜实例。焦距为1.5米,相对孔径为1:7,视场角分别为15°和18°。其中一个物镜完全采用了普通玻璃。     

一种光栅型成像光谱仪光学系统设计

 成像光谱仪是一种“图谱合一”的光学遥感仪器。从光栅型成像光谱仪的使用要求出发,利用Zemax软件设计了一种光栅型成像光谱仪光学系统。其中,前置望远物镜采用反射式结构,传统的卡塞格林结构在主次镜均采用非球面时校正像差的能力依然有限,设计时采用改进后的卡塞格林结构对像差进行校正,最终设计的望远镜头传函在50 lp/mm处达到0.5,场曲控制在0.078以内,且不存在畸变。针对光谱成像系统通常采用的基于平面光栅的Czerny-Turner结构由于像差校正能力有限、成像质量较差不能满足仪器的使用要求。采用基于凸面光栅的光谱成像系统,该系统结构紧凑、可实现宽波段内像差的同时校正。最终设计的光谱成像系统光谱分辨率<5 nm,MTF在50 lp/mm时升至0.75。将前置望远物镜与光谱成像系统根据匹配原则进行组合优化后光栅型成像光谱仪系统点列图RMS半径随波长的变化均小于0.2,波长的80%的能量集中在Φ6 μm范围内,波长各视场在特征频率50 lp/mm处的光学传递函数均大于0.5。整个光学系统具有结构简单、像差校正能力强、结构尺寸较小的优点。     

利用二元光学器件消二级光谱设计

二元光学器件除了能减小成像系统的体积、重量和成本外,还具有许多传统光学元件无法比拟的优越性,如独特的色散特性。通过采用基于二元光学器件的折衍射混合设计以及等效玻璃的方法,设计了长焦距宽波段望远系统,并对其二级光谱进行校正。最后通过光学软件模拟结果表明:利用二元光学元件能很好地实现消二级光谱,并且实现了系统的轻量化。     

基于多视场星点椭圆率的望远镜主动准直方法

光学元件的准直失调会引起天文望远镜在观测过程中的像质退化,该问题在大口径快焦比的天文光学系统中更为突出。针对此问题,本文提出一种用于望远镜日常观测过程中的主动准直方法,通过星像解算实时校正副镜位置及姿态达到维持望远镜像质的目的。该方法基于多视场星点椭圆率,利用粒子群优化算法迭代求解望远镜光学元件失调量,从而校正由光学元件失调引起的低阶像差。利用1.6 m多通道测光巡天望远镜光学系统进行模拟仿真,求解副镜失调量残余误差小于1%,在系统设计公差范围以内。利用南极巡天望远镜AST3-3模拟及实验验证,表明该方法可高精度求解望远镜光学元件的失调误差。     

Design of apochromatic telescope without anomalous dispersion glasses

A novel lens system with correction of secondary spectrum without using anomalous glasses is presented. The lens system comprises four separated lens components, with three of them being subapertures. Two examples of apochromatic telescope are presented, both with the use of typical normal glasses, namely crown K9 and flint F5 glasses, and low-cost slightly anomalous dispersion glasses. Secondary spectrum and other chromatic aberrations of the two design examples are corrected.     

曲线距离法的二维光纤光谱弯曲校正

多目标光纤光谱望远镜可以在一次观测中获得大量的不同天体的光谱数据。从天体探测到的光在通过光纤之后,再通过光谱仪狭缝,然后在CCD传感器中成像为二维光谱图;之后经过光纤光谱数据处理系统的一系列软件处理,最终输出可供天文界使用的一维光谱并存储起来。一维光谱是天文学家研究目标天体的主要手段,它是通过处理二维光谱图得到的。以LAMOST为例,望远镜系统在一次观测后首先会得到32幅由250条光纤光谱组成的二维光谱,然后经过一系列的处理得到一维光谱。在这个过程中,会有很多因素影响到最终一维光谱的精确度。比如由于望远镜使用时间的增加,某些元件会产生磨损、老化或变形,使得二维光谱中光纤形状会产生一定程度的弯曲,这种弯曲在二维光谱的两侧表现得尤为明显。在一幅常见的二维光谱中,纵坐标方向代表了抽取的一维光谱的波长方向,横坐标方向代表了抽取的一维光谱的流量方向,这种弯曲形变的产生会影响到之后的波长定标和流量定标,使得抽取的一维谱信息不准确。目前初步的解决办法是通过与定标灯谱的比对来尽量减少其影响。但这样不仅造成了时间和人力的浪费,而且准确率和效率不高。就这一现状,提出了一种基于曲线距离法的思想,将弯曲的二维谱线校直：首先采用灰度重心法将一幅二维光谱中的250条光纤中心轨迹进行定位,将异常点采用稳健的局部回归方法剔除;然后将中心轨迹进行曲线拟合,得到光纤中心轨迹的方程;通过模仿曲线变弯的逆过程,即保持轨迹上两点间的曲线距离不变,再将弯曲的光谱映射到竖直的法线上,完成校直过程。在整个过程中保持各个对应点的灰度值不变,通过边缘处理和插值运算解决产生的像素点稀疏问题。最后采用累加法进行一维谱抽取,并将校直后抽取的一维光谱与未校直抽取的一维光谱进行比对,比对后可发现校直前后在一维光谱的两端差别较大,其差值谱线也说明了这一点。该方法实现了二维光谱的自动校直,大大提高了抽取一维谱的效率和准确性。二维光谱的预处理和校直方法首先在LAMOST数据上进行验证,鉴于多目标光纤光谱望远镜系统原理的相似性,该处理方法也适用于其他的多目标光纤光谱望远镜系统,具有较好的参考和应用价值。     

Multiple interactions of muons in BUST

Analysis of the experimental data for a long period of Baksan underground scintillation telescope (BUST) operation to search for very-high-energy muons is presented. The phenomenological parameters and the sensitivity of the method of multiple interactions, based on the concepts of the pair-meter technique, are discussed. The experimental distributions are compared with the results of calculations for a “conventional” muon spectrum, based on 3D simulation of muon passage through the telescope.     

一种复合型空间软X射线--极紫外波段望远镜设计

根据空间对日观测的需要,提出了一种复合型宽波段范围的软X射线———极紫外望远镜的设计方案。该望远镜是把小结构尺寸的卡塞格林型极紫外波段正入射望远镜放置在软X射线波段,并由常用的Wolter Ⅰ型掠入射望远镜的中心部分组成。在软X射线和极紫外波段具有相同的焦距和视场角,共同使用同一个探测器,外形尺寸与相同指标的掠入射型望远镜一致,且在极紫外波段具有较高的角分辨率和光谱分辨率,适合于在空间进行对日观测使用。     

利用二元光学和消色差复合透镜组合校正二级光谱色差

从像差理论出发,导出了消二级光谱的理论公式;根据公式对传统的两种用CaF2（萤石）与利用FK玻璃和TK玻璃组合消二级光谱色差方法和二元光学消二级光谱色差方法进行了实例计算,并用ZEMAX软件对它们验证、优化.两种方法都能在校正色差的基础上一定程度地减小二级光谱.对两者的结果进行对比分析发现,其二级光谱相异号,利用这一特点把两者结合在一起,能够更好地减小长焦系统中的二级光谱色差.     

折衍射混合复消色差望远物镜中的色球差

一个正透镜、一个负透镜及一个衍射光学元件以不同的组合可以构成两种折衍射混合光学系统.当这两种系统消球差、彗差及复消色差后会产生不同的色球差.通过赛德尔像差理论,分析了这两种结构产生不同色球差的原因.计算表明当衍射光学元件以负透镜的平面为基底时产生的色球差为以正透镜的平面为基底时产生的色球差的7倍.对衍射光学元件以负透镜的平面为基底的情形,提出了减小系统色球差的解决办法,使系统色球差减小到0.307 mm.另外设计了一个传统复消色差光学系统,并和折衍射混合光学系统进行了比较,分析表明,衍射光学元件可代替传统光学系统中的特殊光学材料并使系统达到相同的成像质量.最后讨论了衍射光学元件的衍射效率对系统成像质量的影响.     

HIRFL-CSR ETF多层CsI(Tl)望远镜探测器能量刻度方法

在兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）的外靶终端（ETF）,设计建造了一套多层CsI（Tl）望远镜探测器,用于对轻质量带电粒子的鉴别。这套探测器由7层CsI（Tl）晶体组成,每一层晶体光输出信号由4个光电倍增管分别在晶体4角读出。由于CsI（Tl）晶体对于重离子的响应是非线性的,且与入射离子的种类有关,这些因素使得对这台探测器的能量刻度需要做专门的研究。利用RIBLL2提供的能量在200 s~300 MeV/u的次级束流对探测器进行了测试,并针对第一片CsI（Tl）晶体的光输出以及所有CsI（Tl）晶体光输出的和的刻度方法分别进行了探索。在此能区下,第一片CsI（Tl）晶体猝灭现象可以近似忽略,即光输出与能量沉积近似呈线性。对于所有晶体光输出的和,利用一个经验公式对其进行刻度,利用这种刻度方法计算得到的光输出的值与实验测量值之间的差别小于5%。A multi-layer CsI(Tl) telescope has been designed and constructed at External Target in Facility (ETF) terminal of the Cooling Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou(HIRFL-CSR), and is used for identifying light charged particles. The detector consists of seven layers of CsI(Tl) crystals, and the signals of each crystal are read out by four photomultipliers at the corners. Since the response of the CsI(Tl) crystal to the heavy ions is non-linear and also depends on the species of the incident ions, the energy calibration method of the telescope must be carefully studied. With the help of the secondary beams selected by RIBLL2 in the energy ranges from 200 to 300 MeV/u, the telescope has been tested and the energy calibration method for the first-layer crystal together with the whole telescope has been investigated. In this energy region, the quench effect in the first-layer crystal can be neglected and a linear expression can be used to represent the relation between the light output and the energy deposition in the crystal. To the total light output of the telescope, an empirical formula is used for the energy calibration. The difference between the calculated results and the experiment data is globally less than 5%.