极大望远镜高效率多通道光谱仪的光学系统设计

建立了基于边界限制的宽波段高效率多通道光谱仪快速设计的分析模型,讨论了多通道光谱仪的性能要求、初始结构参数、项目成本、风险之间的相互关系。该模型能够根据给定的系统指标快速计算出多通道光谱仪各子系统的结构参数,能在项目初期对方案的可行性和项目预算给出合理的评估。以4 m级望远镜为平台,设计了基于体位全息光栅的多通道光谱仪,光谱范围为350～1000 nm,每个通道在闪耀波长处的分辨率为5000,光谱仪本体峰值效率大于53%,全工作波段单色像质能量集中度在80%处优于15μm,满足系统的性能要求。     

高分辨率光谱仪与极大望远镜耦合问题分析

介绍国际上地面极大光学/红外望远镜的研制概况,分析高分辨率光谱仪与极大口径望远镜耦合中的难题,结果表明极大口径望远镜需要超大面积阶梯光栅和超快焦比相机。根据光谱仪与望远镜的匹配关系,30 m级极大口径望远镜的高分辨率光谱仪的准直光束将大于70 cm,主色散阶梯光栅的面积大于2 m2,照相机的焦比F/0.5,按照目前的制造技术无法提供上述光栅和相机,因此,提出高分辨率光谱仪与极大望远镜进行耦合的技术。针对耦合问题给出了相应解决方案,即采用像切分器、拼接光栅以及白瞳设计等技术将是极大口径望远镜与高分辨率光谱仪耦合的主要解决方案。     

体相位全息光栅式波分复用器的研究

利用体相位全息光栅的优良特性,研制光栅式密集型波分复用器(DWDM)。准直后的信道波长通过体相位全息光栅两次衍射,在焦面上实现信道波长的分复用。阐述了体相位全息光栅的独特结构特点,给出了体相位全息光栅式密集型光波分复用器件的原理图,计算出各个信道的位置及间隔,用Zemax仿真出设计模型。相比于薄膜滤光片式器件而言,具有许多独特的优良特性,能够实现更密集更多信道数量的分复用。     

计算机辅助装调方法在离轴卡塞格林系统中的应用

针对高成像质量的离轴光学系统的计算机辅助装调问题,许多研究者提出了利用泽尼克系数建立灵敏度矩阵来求解失调量,但这种方法只有在泽尼克系数和失调量存在线性关系的前提下才能准确求解。提出了一种新的能求解较大失调量的计算机辅助装调方法,用此方法对一个口径为250mm的离轴卡塞格林系统进行了装调,得到了中心视场波像差RMS为0.0405λ(λ=632.8nm)。由这种方法计算出的失调量不仅准确,而且能够用于系统装调初期存在大失调量的情况。因此用这种方法能够显著提高离轴光学系统的装调效率。     

基于改进空间频率域采样的天文光干涉望远镜阵列优化

提出一种基于改进空间频率域(UV)采样的阵列评价函数，用于长基线天文光干涉望远镜阵列几何结构的优化。该评价函数将UV采样区域沿径向和角度方向分别进行划分，统计划分所得区域中UV采样点数目并计算UV采样点密度，以UV采样点密度偏离理想高斯分布的大小作为评价依据。在具体的优化技术上，利用遗传算法的全局收敛特性，降低了传统算法对初始结构的依赖，采用该评价函数对6孔径望远镜阵列进行优化设计，并与国际主流天文光干涉阵列CHARA进行了性能对比。分析结果表明:优化所得Array-6阵列UV采样点密度分布具有径向连续覆盖和低频强调的特点，有利于对轮廓信息的恢复；双星模拟成像实验中Array-6阵列重构图像相对于原始图像的误差为21.34，相比CHARA阵列降低了18.16%，具有更高的成像质量。该优化算法具备优化大孔径数目阵列的能力，对于射电波段望远镜阵列的优化设计亦有一定的参考意义。     

216折轴分光仪光学系统装调原理及步骤

本文简单介绍了用于中国２．１６米天文望远镜折轴焦点的阶梯光栅分光仪的总体方案，分析了其光学系统的装调要点与步骤，并制订切实可行的装调方案。用最少的辅助工具完成了复杂的光学装调任务。     

一种大口径大非球面度天文镜面磨制新技术

主动抛光盘技术是近年来因天文望远镜的口径越来越大，焦比越来越快而发展起来的一种能够根据需要将抛光盘面实时地主动变形成偏轴非球面来磨制大口径非球面度高精度天文镜面的磨制技术。非球面表面的曲率不仅各点不一致，而且同一点的径向与切向曲率也不相同，所以经典的大的抛光盘不可能使其表面形状始终与所接触的非球面表面形状相吻合；常用的小磨盘抛光的致命缺点是解决不了高频切带，抛光效率也低。而主动抛光盘技术正好解决这些难题。与传统方法相比，它具有较高的磨削速率和较大范围内的自然平滑(无切带)。这是一种用计算机控制的磨镜技术，通过它可以像加工球面一样来加工一个深度的非球面。介绍了我国成功研制的主动抛光盘以及它在直径910mm，焦比F／2抛物面镜加工中的成功应用和加工的结果，以及此项技术将在2m以上直径天文镜面，特别是30m巨型天文光学／红外望远镜的分块子镜磨制中的应用前景。     

LAMOST高分辨率光谱仪研制

为了充分利用LAMOST望远镜,实现对银河系不同星族的分布与整体性研究,以及极端贫金属星元素丰度测定等科学目标,研制了LAMOST高分辨率光谱仪,光谱分辨率R≥30 000,光谱覆盖范围380～740 nm。在充分考虑台址因素与现有条件后,采用中继倍率0. 7倍的准白瞳设计方案,使用大芯径光纤、拼接大光栅、棱栅组合式横向色散器、缝前像切分器等措施来满足性能要求。进行了效率估算与杂散光分析,光谱仪本体效率峰值大于30%,杂散光照度占CCD总照度的2. 55%,信噪比为16. 01 d B。试运行阶段实测了太阳光谱,温度稳定性达到±0. 03℃,光谱仪效率峰值约为33. 5%,满足稳定、高效的运行要求。     

离轴非球面在细磨与粗抛阶段的波面再现技术

基于付科法的离轴非球面波面再现检测技术,通过对付科检测过程的数学分析,建立了离轴非球面波面再现的数学模型,提出了波面整合算法,通过对两幅阴影图灰度值积分、去倾斜及波面整合等数据处理再现出被检离轴非球面的波面误差.在被检离轴非球面两个方向的弥散斑分别为0.152mm和0.284mm时,干涉检测得到其面形误差峰谷值为1.110μm、均方根值为0.194μm,且两种检测方法的波面轮廓相一致.实验结果验证了基于付科法的离轴非球面再现技术的正确性,可以应用于指导离轴非球面在细磨粗抛阶段的加工并且实现与精抛光阶段干涉检测的有效衔接.     

特大非球面度离轴非球面补偿器结构设计与装调

针对快焦比特大非球面度离轴非球面反射镜，设计了3片式Offner补偿器。为应对3片式补偿器对中心偏差及镜间隔严格的公差要求，设计了相应的补偿器镜筒结构。该结构使透镜中心倾斜及平移调整相分离，实现补偿器的高精度装调。根据中心偏差测量仪的测量结果，2片补偿镜之间倾斜误差4.4″，平移误差3.5 μm, 镜间隔误差3.8 μm；补偿镜组与场镜之间倾斜误差5.3″，平移误差4.2 μm, 镜间隔误差7.2 μm，满足检测使用要求。利用该补偿器及4D动态干涉仪对精抛光阶段的离轴非球面进行检测，面形结果PVq值达到0.135λ，RMS值达到0.019 5λ，优于设计要求。