世界最大口径球面射电望远镜——FAST工程

<正>在贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇六水村的大窝凼洼地,世界最大口径球面射电望远镜工程——FAST工程,前不久实现圈梁顺利合龙。该望远镜口径为500m、占地约30个足球场大小,项目预计于2016年9月建成。远观望远镜就像一个天然的巨碗,坐落在喀斯特地区发育的洼坑,刚好盛起望远镜约20万m~2的巨型反射面,建成后的望远镜将会填满整个山谷。FAST是我国天文科学领域最先进的项目,从大的方面说,它是"独一无二"的。该望远镜利用贵州天然的喀斯特洼坑作为台址,主反射面由4600块三角形单元拼接成球冠,组成500 m球冠状主动反射面。     

基于计算机视觉的大射电望远镜馈源舱动态定位系统

在FAST项目馈源舱扫描跟踪设计中 ,舱体的动态定位是实现系统闭环控制的基础。作者根据相机交汇测量原理提出了舱体空间动态定位的基本方法。推导了通过舱体上不共线三点描述舱体位姿的方法 ,介绍了相机交汇测量原理及系统标定方法 ,最后给出了大射电望远镜FAST 5 0m模型计算机视觉动态定位系统的组成 ,并讨论了CCD技术在FAST项目中应用的可行性     

地基大口径望远镜系统结构技术综述

概述了地基大口径望远镜的发展状况,阐述了口径变大的意义及实现的关键技术途径。概括了当前大口径望远镜的应用价值。介绍了国外5种典型的大口径望远镜系统,它们代表了当前地基大口径望远镜发展的最高技术水平。从跟踪架、主望远镜筒、主镜支撑及次镜支撑调整几个方面论述了大口径望远镜的结构特点及关键技术。最后,总结了大口径望远镜系统的发展趋势,指出其光学系统已从同轴系统向离轴系统发展并极具应用前景。     

基于超材料角反射面的高增益高效率双圆极化Fabry-Perot天线设计

基于射线跟踪模型,提出了一种超材料角反射面结构,实现了Fabry-Perot天线增益和口径效率的提升.首先对基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线进行了理论推导和分析.然后,设计并分析了双圆极化馈源、基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线及其性能.最后,对所提出的Fabry-Perot天线模型进行了制造和测试.结果表明,该天线的左圆极化增益和右圆极化增益分别为21.4 d Bi和21.3 d Bi.相比馈源天线,增益分别提高了16.4 d B和16.3 d B.与传统Fabry-Perot天线相比,所提出超材料角反射面同时充当了反射面和相位校正面,实现了对Fabry-Perot天线边缘电磁波的有效调控.所设计Fabry-Perot天线工作在2.8 GHz频段,具有高增益、高口径效率和低旁瓣的优点,满足了太阳射电望远镜F107指数观测的需求.     

基于FY-2C的大口径空间相机辐射定标研究

针对目前国内外热点研究的大口径空间相机,分析了其较之普通口径相机在辐射定标方面所具有的特点和难点。在FY-2C星红外水汽波段实验室辐射定标方法的基础上,提出了一种改进的适用于大口径空间相机的新型辐射定标方案。该方案克服了传统"黑体——准直括束系统"的定标方法中存在的括束系统视场、口径必须与空间相机参数匹配的难点,通过改进的后端光路插入黑体方法,实现了任意口径空间相机的全光路辐射定标。最后通过对新方案的辐射定标不确定度分析,论证了新方案在定标精度等方面的优势。     

中国架设全球最大单口径射电望远镜

全球最大单口径射电望远镜“FAST”工程，2008年12月26日在中国贵州省平塘县正式启动．     

基于差分传递函数法的大口径平面镜检测

为了实现大口径平面镜的原位检测,本文基于差分传递函数结合瑞奇康芒检测架构,利用全息检测方法结合瑞奇康芒法,通过光瞳的遮拦编码实现大口径平面镜的面形检测。首先,对基于差分传递函数法的大口径平面镜检测基本原理进行了推导,并将现有的大口径波前与重建波前进行对比。最后,利用变形镜搭建了检测光路。本文方法所得到面形与输入面形相关性不低于70%。本文的研究成果对宇宙“首光”探测以及“一黑两暗三起源”等宇宙学基础命题的研究均有十分重要的意义。     

子孔径拼接技术应用的研究

大口径光学元件的检测开拓了子孔径拼接应用的新领域。采用小口径干涉仪对大口径被测元件不同区域进行波前检测,然后恢复计算出被测波前。使用光学设计软件ZEMAX对子孔径检测拼接技术进行了模拟,模拟结果表明：波前检测相对误差小于4.3λ‰,实现了对大口径光学元件面形的高精度检测,避免了相同口径检测干涉仪的使用,降低了检测成本及难度。     

利用合成方法检测波面

采用子孔径波面的合成方法实现了大口径光学系统波面的检测。将被测区域划分成有限个子孔径，利用塔尔博特效应产生的莫阿条纹平移测量每一子孔径上波面斜率，根据所有所测量的子孔径上波面的斜率拟合出被测波面。检测了口径为500mm，焦距为13m的大口径光学系统的波面。     

高变倍比大相对口径长波红外变焦系统设计

针对传统红外连续变焦系统难以同时满足高变倍比和大相对口径的使用要求,通过采用复合变焦光学系统结构,增加传统红外连续变焦光学系统的变焦距范围和相对口径。基于长波红外320×240像元、25 μm×25 μm非制冷焦平面探测器,设计了一款高变倍比大相对口径长波红外变焦光学系统, 光学系统由一个连续变焦部分与两档变焦部分组成,通过引入衍射光学元件校正长焦端色差,工作波段为8 μm~12 μm,焦距变化范围为-9 mm~-272.25 mm,F数为1.4。该系统具有成像质量好、变倍比高、相对口径大、导程小和凸轮曲线平滑等优点。     

大口径光学元件薄膜厚度均匀性修正

 研究了2.2 m高真空箱式镀膜机镀膜时的实际膜厚分布情况。对非球面和平面光学元件,分别采用行星夹具和平面公转夹具并利用修正板调节膜厚均匀性。从实验上实现了大口径薄膜均匀性的调节,并获得较为理想的结果。口径在700 mm范围内,对于凹面均匀性可以控制在0.7%以内,平面均匀性在1%以内;口径在1 200 mm范围内凹面元件均匀性可控制在1%以内,平面1 300 mm口径以内窗口均匀性可控制在1%以内。镀制了口径在400~1 300 mm的多种天文观测上使用的反射镜、增透膜等,获得了理想的光谱曲线与较好的使用效果。     

折反射式零位补偿检验

结合奥夫纳尔折射式零位补偿器和马克苏托夫反射式零位补偿器的优点,对大口径、大相对孔径凹非球面加工检验提出一种折反射式零位补偿检验法.该方法采用放置在非球面顶点曲率中心之前的两块透镜和一块反射镜来实现大口径凹非球面零位补偿检验.依据三级像差理论,推导了初始结构计算公式;通过对口径为1 000mm、顶点曲率半径为4 000mm、偏心率为1.05、中心孔为200mm的凹非球面进行补偿器设计,完成了原理验证,优化后系统剩余波像差峰谷值为0.004 2λ.研究结果表明该方法轴向光路长度短,补偿能力强,可用于允许部分中心遮拦的大口径、大相对孔径凹非球面检验.     

轻型车载大口径光电跟测系统光学设计

设计了一套能实现机动式布站的大口径车载可见光、红外、激光光电跟踪测量光学系统。其主光学系统采用共口径光谱分光方式工作,系统有效口径1.2m,各成像通道成像质量均达到衍射极限;捕获电视系统采用连续变焦距光学系统,视场范围0.31°～4.57°;激光测距通道设计作用距离达20km。光学设计结果表明,此套光学系统能够用于空中和空间目标的运动轨迹、成像测量和实况景象记录。     

利用子孔径拼接法测量大口径凸面反射镜

在简要分析各种检测大口径凸球面方法优缺点的基础上,提出了利用子孔径测量凸面反射镜的新方法,利用干涉仪标准球面波前依次干涉测定大口径镜面上各个区域的相位分布,通过子孔径拼接算法即可求解得到镜面全口径面形信息。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了大口径拼接检测算法数学模型,设计并研制了大口径反射镜拼接检验装置。结合实例对加工过程中的口径为300 mm的碳化硅凸面反射镜进行了9个子孔径的拼接干涉测量,并将检测结果与全口径面形测量结果进行对比,两种方法残差的PV值和RMS值分别为0.102 和0.009 (=632.8 nm)。     

大口径单脉冲过程驱动电光开关研究进展

用于ICF研究的大型激光驱动器，为了获得高输出通量，用了大量的大口径光学元件，造价昂贵。因此，避免大口径光学元件受到损坏尤其重要。而等离子体电极普克尔盒电光开关是用晶体两侧稀薄气体放电形成的高电导率透明等离子体作电极，可以用薄晶体做到大口径，并具有低损耗、高空间均匀性、高损伤阈值，目前正在建造的几台大型激光系统都将采用其作为级间隔离和反向激光隔离的光开关。     

大承载气浮回转工作台的调心技术

为了实现大口径光学元件表面轮廓的高精度测量,提出了一种大承载气浮回转工作台的调心技术,并研制了一套具有偏心自动调整功能的测控系统。该系统主要由精密气浮回转轴、台达PLC、数显千分表和轮廓仪工作台组成。利用VC++的PLC串口通讯和偏心调整软件的控制,实现了轮廓仪的自动调心功能。     

测量大口径光学元件反射率用精密扫描系统误差分析

为测量高能激光传输系统中大口径高反射率光学元件的反射率,设计了一种大口径光学元件二维扫描的精密测量系统。介绍了该系统的结构及其工作原理,分析了影响系统测量精度的因素,从理论上分析了扫描系统的系统误差对测量精度的影响,结果表明在垂直于光束传播方向上,水平偏差在0.29 mm时,测量误差在10-6量级;腔长的变化量较小时,可通过对衰荡腔腔镜的调节,实现对旋转轴偏差的补偿及对系统的精细调节。通过拟合处理光强与时间的数据得到对应的一次指数函数拟合曲线,并通过计算得到衰荡时间和反射率,经过对比分析可知,该误差分析方法能比较有效地测量腔镜的反射率,并能减小实验数据本身带来的误差。     

高海拔宇宙线观测站项目简介

<正>高海拔宇宙线观测站(简称LHAASO)是"十二五"期间启动的国家重大科技基础设施项目,以探索高能宇宙线起源并开展相关的高能辐射、天体演化以及暗物质分布等基础科学研究为核心目标。项目于2015年12月获得国家发改委批准立项,总投资约12.58亿元,其中申请国家投资为9.08亿元,中科院支     

郎奇法检测大口径光学非球面镜

提出了一种用朗奇法定量检测大口径非球面的新技术。主要以大口径非球面镜的加工表面为研究对象,设计了大口径非球面检测系统,该系统由CCD摄像机、He-Ne激光器、郎奇光栅、微型计算机等组成。并利用大口径非球面检测系统对一个顶点曲率半径为1638．69mm,被测曲面半通光口径为315mm的光学元件的面形进行了实际测量,给出了光学元件标准偏差和峰谷值测量结果。最后对测量结果进行了讨论。研究结果表明：基于郎奇法的几何原理,利用CCD摄像系统定量检测大口径非球面的方法具有较高的精度。     

大口径铜蒸气激光器的动力学分析

通过建立调整大口径铜蒸气激光器的动力学模拟过程中的有关动力学参数,得到一适用于不同输出功率的大口径铜蒸气激光器动力学模型.在此基础上对大口径铜蒸气激光器的径向动力学参量进行了计算,包括激励电场和亚稳态铜粒子密度等动力学参量的径向分布.给出了大口径铜蒸气激光器的径向电子温度及发光强度分布.尔后得到在不同充电电压及缓冲气压条件下铜蒸气激光器的输出功率,此程序对Φ=65cm的大口径铜蒸气激光器的计算结果与实验符合得相当好. 关键词：