大口径大视场望远镜米级校正透镜支撑设计与评价方法研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:amao01010
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为了探究宇宙起源与演化过程,大口径大视场望远镜将突破已有的探测深度和观测面积,对天空进行广域深度探测,获取更多高质量天文样本,帮助人类解决更多科学前沿领域内尚未解决的问题。大口径大视场望远镜米级校正透镜不同于普通的透射式光学系统,透镜尺寸与重量较大且工况复杂。为了保证在重力变化下透镜的成像质量,本文以850mm口径熔石英透镜的评价方式建立,支撑结构设计及对准装调的相关技术作为研究对象,综合考虑了透镜的透射波前质量、重力影响和后续开展波前对准装调检测的需求,运用理论计算和有限元仿真设计等方法,主要对以下几点研究内容展开深入的研究:(1)提出透射波前全频域变尺度成像质量评价方法,引入结构函数、粗糙度的散射理论和标准化点源敏感性理论(PSSn),建立基于PSSn的高中低频波前误差评价体系,并对该方法进行了仿真分析和实验验证。分析和实验结果表明:与传统评价方式相比,全频域变尺度评价方法可靠性高,表征能力强,从频域角度更加全面地评价透射光学系统的性能指标;(2)为了使校正镜组的自身性能满足设计要求,总结分析透镜支撑设计的基本原理和一般方法,分别对支撑点数,支撑面位置和径向轴向支撑力进行选择,建立弹性体和柔性结构有限元模型,参数化分析支撑结构关键部位,着重考虑了透镜和镜室在不同重力载荷下的位移变形、应力变化和成像质量要求。结果显示在0°~90°俯仰角变化范围内,弹性体支撑的透镜PSSn值最小为0.9826,柔性支撑结构的透射波前质量PSSn为0.9366;(3)在前面的基础上,建立了结合差分光学传递函数(dOTF)、机器学习和计算机辅助装调的波前对准检测技术,通过dOTF解算的波前信息训练神经网络模型,指导光学元件失调量。同时分析相位解算,CCD探测噪声和大气扰动对检测算法造成的误差影响,结果表明检测误差分别小于10%,1%和2.5%,满足对准装调要求。本文研究的大口径透镜成像质量评价方式,支撑技术,装调误差等工作,很大程度上提高了工作状态下透镜支撑的透射波前质量,实现了校正镜组透镜的成像质量建立、支撑结构设计、对准装调技术的初步探索。对于开展大口径米级透镜相关技术的研究,本文具有广泛的借鉴意义和参考价值。
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