西藏大学太阳紫外线实验室, 西藏 拉萨 ８５００００
利用国际标准RAMSES光谱仪和CMP11型太阳总辐射仪, 在2019年至2020年期间对中国北纬30°区域8个城市(西藏阿里、 日喀则、 拉萨、 林芝、 成都、 武汉、 杭州、 上海)进行了地面太阳辐射的观测研究。 观测结果表明在中国北纬30°区域, 西藏总体太阳光谱不仅强度上远远高于低海拔的内地城市, 而且光谱曲线在形态特征上比低海拔更光滑, 吸收弱。 观测期间西藏最大地面单色太阳光谱强度可达2 018.48 mW·(m2·nm)-1(阿里, 2020年6月21日), 同纬度其他内地城市最大地面单色太阳光谱强度仅为756.22 mW·(m2·nm)-1(成都, 2019年11月03日); 西藏地面太阳光谱中所含紫外光谱(280～400 nm)比内地低海拔高出约1.5倍以上, 强烈的紫外线对西藏生态和人体健康产生相应影响; 观测期间发现拉萨地面太阳光谱强度约为成都的1.5～1.7倍; 阿里地面太阳光谱强度比上海高出约0.2倍。 观测结果为北纬30°区域太阳能资源的利用和生态环境等研究提供实地太阳光谱数据; 对2020年夏至发生的日食现象进行了太阳光谱的同步观测研究, 发现日食期间拉萨、 阿里辐射能量损失均超过95%。 分析了云、 气溶胶等大气因子对太阳光谱、 太阳总辐射的影响。 研究表明西藏阿里等地夏季太阳总辐射值频频超过太阳常数。
西藏 北纬30°N 太阳光谱 观测 日食 Tibet 30°N latitude Solar spectra Observation Solar eclipse 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1881
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 江苏 南京 210042
提出一种基于计算全息元件(CGH)的折衍混合补偿检测光路,通过CGH和消球差透镜组合实现离轴子镜的缩焦零位检测。该方法使得检测光路长度减少至CGH直接检测的1/4至1/8,同时提高了小焦比子镜的调节灵敏度,将大离轴量子镜的干涉图长宽畸变比率由12.5优化至1.25。保持光路各器件位置不动,通过更换相应的计算全息片,还可实现不同离轴量子镜的批量高效检测。应用该方法完成直径为330 mm的离轴试验镜的加工与检测,测试结果面形均方根(RMS)值为0.0290λ (λ为波长)。通过标准球面镜对消球差透镜进行标定,RMS值降至0.0267λ。
测量 干涉测量 离轴非球面 计算全息片 30 m望远镜 折衍混合补偿 光学学报
2022, 42(12): 1212004
首先综述了当前X射线透镜的分辨率和效率的水平,预测并讨论了发展我国波带片透镜、赶超国际先进水平的技术路径图。在原有100 nm分辨率波带片和会聚透镜工艺基础上,综述了电子束光刻结合金电镀进一步发展30~70 nm分辨率的X射线波带片的最新进展。在研发30 nm分辨率的波带片中,电子束光刻中的邻近效应严重限制了波带高宽比,而现有商业软件(基于蒙特卡罗模型和显影动力学)的邻近效应修正在同时处理从微米到30 nm的各种图形时效果甚微。为此,本团队针对70 nm分辨率的硬X射线波带片采用了图形修正法,实现了20∶1的波带高宽比,针对50 nm分辨率的硬X射线波带片采用了分区域修正法,获得了15∶1的波带高宽比;30 nm波带片透镜的金属化摒弃了传统的直流电镀工艺,采用脉冲金电镀,实现了金环均匀电沉积,成功研制了30 nm分辨率的软X射线波带片透镜和30~100 nm的大高宽比分辨率测试卡。所有研制的波带片透镜在上海同步辐射装置得到了X射线光学成像验证。
光学学报
2022, 42(11): 1134005
红外与激光工程
2022, 51(1): 20210953
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 上海卫星工程研究所, 上海 200240
建立了阻抗匹配模型, 同时从冷指及压缩机两方面对制冷机性能进行优化.基于热声理论, 构建了30 K温区脉管冷指的一维DeltaEC理论模型, 优化了惯性管型单级脉管制冷机冷指和压缩机耦合的工作参数.从机理上分析了回热器填料、双段惯性管长度及气库体积对冷指声学阻抗及压缩机声功转化效率的耦合关系.搭建实验测试平台, 测试结果表明此单级脉管制冷机可以获得24.24 K的最低温度, 输入功227 W时可以在30 K获得1 W冷量, 可较好的满足空间红外探测器应用.
脉冲管制冷机 低温 阻抗特性 空间红外探测器 pulse tube cryocooler cryogenic 30 K 30 K impedance space infrared detector
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 三十米望远镜，加利福尼亚州帕萨迪纳 91107，美国
激光导引星系统(LGSF)是美国30 m望远镜(TMT)的组成部分之一，在满足TMT对科学目标高分辨力成像和光谱探测的性能需求方面，LGSF 具有重要的作用。LGSF 主要负责为窄视场红外自适应光学系统(NFIRAOS)和下一代TMT-AO 系统提供人造钠导星。本文主要讨论LGSF 以下几部分：设计概述，LGSF 星群模式，LGSF 波前误差分配，发射系统设计。
激光导引星系统 30 m望远镜 星群 波前误差分配 laser guide star facility TMT asterisms wavefront error budget
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
3 长春理工大学 , 吉林 长春 130022
为了充分分析三十米望远镜(TMT)巨型可控科学反射镜(GSSM)系统平面镜面形精度与跟踪指向精度要求, 需要对其建立完善的系统误差模型。本文采取自上而下的系统误差分配方式, 基于TMT望远镜系统的标准化点源敏感性(PSSn)指标, 利用其良好的合成与分解特性, 对技术指标进行理解与分析, 最终转换为平面镜面形精度与跟踪指向精度要求; 另一方面对影响系统性能的扰动因素进行了分析, 对于静态误差, 利用有限元分析结果, 比较了重力印透与大气扰动对PSSn的影响, 对动态误差而言, 使用系统传递函数进行系统性能评价。最后, 提出了各个关键部件的指标要求, 建立了GSSM的系统误差模型, 结果满足TMT望远镜系统要求, 可作为开展GSSM系统研制的依据。通过分析系统静态误差和动态误差与PSSn的关系发现: 当r0小于0.1 m时, 视宁度对 PSSn 的影响较大; 只有在大气视宁度较好的情况下, 镜面印透才可以发挥作用。随着振动幅度的增加, 系统传递函数退化, 其PSSn会从0.996相应地减少到0.992。通过本文研究可以得出, PSSn作为下一代望远镜性能评价与误差分配指标有着特有的优势, 其独特的合成特性与频域计算方法, 可以对下一代望远镜的建设做出巨大贡献。
误差分析 系统工程 三十米望远镜 Error analysis system project PSSn PSSn GSSM GSSM 30-meter telescope
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
30 m望远镜三镜是世界上最大的平面镜, 由于其复杂的功能, 又被称作大型科学可控反射镜(Giant Steering Science Mirror, GSSM)。为了更好地分析与抑制GSSM在实现光线中继功能时的抖动, 需要对抖动有精确的测量。由于GSSM抖动的要求特殊且严格, 在测量之前, 需要对抖动测量的误差进行仔细地分析与理解, 才可以更好地完成检测任务。首先, 文中针对使用编码器进行抖动测量的情况, 在不同的测量方案以及相对距离下, 通过蒙特卡洛方法可以得到由激光跟踪仪进行标定的误差: 俯仰轴线的定位误差, 在轴上测量的期望为1 μm, 小于轴外测量的3 μm; 方位轴线的定位误差在激光跟踪仪偏离两米的情况下为4.6 μm。之后对加速度计测量抖动的误差进行了考虑, 首先推导了使用功率谱方法的完备性条件; 之后使用累积功率谱对于333B32的标定结果进行处理, 得到当采样频率为2 048 Hz, 0.05 Hz以外的频段, 其精度为0.6 μm 。抖动的测量以及误差分析, 不仅是GSSM建设过程中十分重要的环节, 同时, 它可以为大口径望远镜建设提供宝贵的统计学先验知识, 并对于系统工程的发展是一种很好的推动。
30 m望远镜三镜 抖动 激光跟踪仪 功率谱密度 30 m TMT jitter laser tracker power spectral density 红外与激光工程
2017, 46(2): 0217002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了更好地对大口径望远镜进行误差分析以及分配, 引入了由美国30 m望远镜(TMT)团队所提出的标准化点源敏感性(PSSn), 来进行大口径望远镜的各项误差及其之间的协调与分配。为了更好地利用PSSn进行误差分配, 首先根据其定义对PSSn的基本性质进行了研究, 论述了PSSn作为全频域评价指标的优越性, 然后与传统的评价指标(波前均方根)进行了比较, 重点分析了PSSn的合成特性以及合成误差的特点, 之后利用Zernike多项式分析系统静态误差与PSSn的关系, 得到了不同的Zernike系数与PSSn之间的关系。对于系统的动态载荷, 利用功率谱结合光学传递函数的方法来研究系统的光学特性并对实际的大口径波前做出了仿真研究, 得到系统的PSSn从0.996下降到0.991。所做的研究可以更好地理解大口径望远镜的误差特性, 同时也可以帮助系统工程师对大口径望远镜的误差进行更好的分配。
30 m望远镜 标准化点源敏感性 光学传递函数 机械振动 Thirty Meter Telescope normalized point source sensitivity optical transfer function mechanical vibration 红外与激光工程
2016, 45(12): 1218001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
利用数值方法得到任意形式振动下30 m望远镜三镜的光学传递函数, 并分析其数值精度.在光学传递函数的基础上引入标准化点源敏感性来表征振动对系统光线中继功能的影响.为了验证理论分析, 对于某大口径设备进行实验, 采用多个加速度计共同采集数据并合成信号的方法来实现镜面运动信息的解耦与测量误差抑制.结果表明：在内部振源工作的情况下, 设备点源敏感性从0.999 96下降到0.999 92; 使用二阶巴特沃兹带通滤波器后, 对于外部的力输出为0.075N.
大口径光学系统 30 m望远镜三镜 数值分析 光学传递函数 Large telescope 30m telescope tertiary mirror Numerical analysis Optical transfer function
