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离轴反射式空间天文望远系统设计及其杂散光抑制研究

Research on the Optical Design and Stray Light Suppression for Off-Axis Reflective Space Astronomical Telescope

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摘要

为满足天文望远系统大F数、长焦距、轻小型化、高成像质量、高消杂光比等要求,采用库克离轴三反消像散(TMA)光学结构形式,设计了参数为焦距f′=24 m,F数16,视场1.6°×1°的离轴望远系统。设计了系统的外遮光罩及其挡光环,并对系统内部的杂光陷阱结构进行优化。利用杂光分析软件对系统的点源透射率(PST)进行仿真计算,结合正向追迹和反向追迹两种方法寻找关键面与关键路径,反复迭代优化改进相应光机结构。设计及仿真结果表明,系统各视场光学传递函数均接近衍射极限,视场外规避角40°时,PST小于10-11,满足空间天文望远系统对成像质量和杂光抑制的要求。

Abstract

In order to aim at a telescope system with large F number, long focal length, miniaturized dimension, high image quality and high stray light suppression, a three mirror off-axis anastigmatic telescope is designed based on the Cook type, of which f′ is 24 m, F number is 16, field of view is 1.6°×1°. The outer baffle and the structures inside are designed. The stray light of telescope system is analyzed with stray light program to calculate the point sources transmittance (PST). The forward and backward ray tracing is combined to find the key surface and modify the optical and mechanical structure with optimization and iteration. The result shows that the modulation transfer functions (MTF) approaches the diffraction limit at all fields. When the evadable angle out of the field is 40°, the PST is less than 10-11 and the system can achieve the requirement of stray light suppression.

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中图分类号:TG502.33

DOI:10.3788/aos201434.0822002

所属栏目:光学设计与制造

责任编辑:韩峰  信息反馈

基金项目:国家自然科学基金青年科学基金(61007009)

收稿日期:2014-01-23

修改稿日期:2014-04-05

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

朱杨:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033中国科学院大学, 北京 100049
张新:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033
伍雁雄:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033
曲贺盟:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033
张继真:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033
王灵杰:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033

联系人作者:朱杨(zhuyang_1989@126.com)

备注:朱杨(1989—),男,博士研究生,主要从事光学系统设计和杂散光分析方面的研究。

【1】Chang Jun, Weng Zhicheng, Jiang Huilin, et al.. Design on three-reflective-mirror system used in space [J]. Acta Optica Sinica, 2003, 23(2): 216-219.
常军, 翁志成, 姜会林, 等. 用于空间的三反射镜光学系统设计[J]. 光学学报, 2003, 23(2): 216-219.

【2】Liu Xiaomei, Xiang yang. Research and design of telecentric off-axis three-mirror system with real entrance pupil [J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(11): 1122002.
刘晓梅, 向阳. 具有实入瞳的远心离轴三反系统研究与设计[J]. 光学学报, 2011, 31(11): 1122002.

【3】Zhou Gangyi, Fan Xuewu. Baffle design and stray light analysis of the off-axis three-mirror telescope [J]. Acta Photonica Sinca, 2009, 38(3): 605-609.
邹刚毅, 樊学武. 离轴三反射望远镜遮光罩设计与杂光分析[J]. 光子学报, 2009, 38(3): 605-609.

【4】Yan Changxiang, Xu Jie, Peng Yan. Stray lightsuppression of three-mirror off-axis space optical telescope [J]. Optics and Precision Engineering, 2010, 18(2):289-293.
颜昌翔, 许杰, 彭岩. 离轴三反空间光学望远系统的杂散光抑制[J]. 光学 精密工程,2010, 18(2): 289-293.

【5】Lin Jing, Cui Qingfeng, Zhu Hao. Research of board width off-axis three mirror optical system [J]. Acta Optica Sinica, 2013, 33(7): 0722002.
林晶, 崔庆丰, 朱浩. 宽幅离轴三反光学系统研究[J]. 光学学报, 2013, 33(7): 0722002.

【6】Guo Yongxiang, Li Yingcai, Liang Tianmei, et al.. Optical design of the uncoaxial three-mirror system with wide field of view [J]. Acta Optica Sinica, 2010, 30(9): 2680-2683.
郭永祥, 李英才, 梁天梅, 等. 一种大视场离轴三反射光学系统研究[J]. 光学学报, 2010, 30(9): 2680-2683.

【7】D Korsch. Closed form solution for three-mirror telescopes corrected for spherical aberration, coma, astigmatism, and field curvature [J]. Appl Opt, 1972, 11(12): 2986-2987.

【8】Mei Chao, Zhou Sizhong, Yan Peipei, et al.. Design of an outer baffle based on scattering model [J]. Acta Optica Sinica, 2013, 33(1): 0122005.
梅超, 周泗忠, 闫佩佩, 等. 基于散射模型设计外遮光罩[J]. 光学学报, 2013, 33(1): 0122005.

【9】M J Sholl, F S Grochocki, J C Fleming, et al.. Stray light design and analysis of the SNAP telescope [C]. SPIE, 2007, 6675: 66750C.

【10】Andrey Krywonos, James E Harvey, Narak Choi. Linear systems formulation of scattering theory for rough surfaces with arbitrary incident and scattering angles [J]. J Opt Soc Am A, 2011, 28(6): 1121-1138.

【11】Andrey Krywonos, James E Harvey. Recent developments in the analysis of surface scatter phenomena [C]. SPIE, 2006, 6291: 62910S.

【12】John L Stauder. Stray Light Comparison of Off-Axis and On-Axis Telescopes [D]. Logan: Utah State University, 2000.

【13】Yan Peipei, Fan Xuewu, Zou Gangyi, et al.. Stray light removing design and simulation of the three-mirror optical system used in field bias [J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(10): 1997-2002.
闫佩佩, 樊学武, 邹刚毅, 等. 偏视场用三反系统消杂光设计及仿真[J]. 红外与激光工程, 2011, 40(10): 1997-2002.

引用该论文

Zhu Yang,Zhang Xin,Wu Yanxiong,Qu Hemeng,Zhang Jizhen,Wang Lingjie. Research on the Optical Design and Stray Light Suppression for Off-Axis Reflective Space Astronomical Telescope[J]. Acta Optica Sinica, 2014, 34(8): 0822002

朱杨,张新,伍雁雄,曲贺盟,张继真,王灵杰. 离轴反射式空间天文望远系统设计及其杂散光抑制研究[J]. 光学学报, 2014, 34(8): 0822002

被引情况

【1】周军,李娟,王庆丰,许敏达,张聪跃. 基于自发辐射抑制的红外光机系统优化设计. 光学学报, 2015, 35(3): 322003--1

【2】李海星,丁亚林,张洪文. 矩形反射镜结构支撑技术研究. 光学学报, 2015, 35(5): 523002--1

【3】李婷,马小龙,李福,薛彬,徐广州,贺应红,吕娟. 卡塞格伦光学天线杂散光分析与测试. 光子学报, 2015, 44(8): 806002--1

【4】赵宇宸,许艳军,沙巍,张立国,任建岳. 天基红外成像光学系统杂散光分析与抑制. 中国激光, 2015, 42(10): 1016001--1

【5】徐少雄,陈长征,张星祥,任建岳. 失调同轴三反消像散系统消彗差补偿. 光学学报, 2015, 35(10): 1022004--1

【6】于鑫,张葆,洪永丰. 一种离轴三反射系统初始结构的求解方法. 激光与光电子学进展, 2015, 52(11): 112201--1

【7】陈哲,张星祥,陈长征,任建岳. 高分辨率共孔径同轴三反光学系统. 中国激光, 2015, 42(11): 1116002--1

【8】任国栋,张良,兰卫华,赵延,潘晓东. 短波红外成像系统的杂散辐射分析与抑制研究. 激光与光电子学进展, 2015, 52(12): 122901--1

【9】王蕴琦,刘伟奇,付瀚毅,张大亮,魏忠伦,冯睿. 中高轨道空间详查相机光学设计. 中国激光, 2016, 43(1): 116001--1

【10】赵大春,陈波,刘鹏,何玲平. Wolter 型X 射线嵌套望远镜成像质量分析. 光学学报, 2016, 36(3): 311002--1

【11】陈哲,张星祥,陈长征,任建岳. 长焦距同离轴混合式三反光学系统. 中国激光, 2016, 43(4): 416002--1

【12】陆强,于清华,孙小进. 户外直接测试太阳杂散光对相机影响的一种新方法. 红外, 2016, 37(5): 1-6

【13】许民益,石荣宝,靳阳明,王伟,沈为民. 基于遮光罩尺寸和镜头拉氏不变量星敏感器光学系统小型化设计. 光学学报, 2016, 36(9): 922001--1

【14】金和,任栖锋,陈为. 窗口自发辐射对于红外探测器系统性能的影响. 光电工程, 2016, 43(8): 84-88

【15】田棋杰,常松涛,何锋赟,乔彦峰. 根据环境温度测量制冷型红外成像系统内部杂散辐射. 光学学报, 2017, 37(7): 712002--1

【16】史浩东,张新,李英超,江伦,王超,刘壮,姜会林. 光瞳离轴自由曲面光学系统像差特性分析. 光学学报, 2017, 37(12): 1208001--1

【17】谢臣瑜,李健军,袁银麟,康晴,朱冰青,李孟凡,郑小兵. 大气校正仪短波红外通道内部杂散辐射测量方法. 光学学报, 2018, 38(9): 901002--1

【18】孙林,崔庆丰. 成像光学系统杂光系数分析与计算. 激光与光电子学进展, 2018, 55(12): 122901--1

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