针对大口径自适应副镜镜面变形量小、变化频率高、微变形难以精确测量的难题, 设计一种基于电容检测芯片Pcap01-AD和STM32F103的镜面变形检测系统。首先, 根据音圈电机驱动的变形镜的特点提出基于电容位移传感的变形镜微变形测量方案。然后, 进行该测量系统的硬件和软件设计, 其中硬件部分由电容检测芯片Pcap01接口电路、单片机STM31F103最小系统和供电部分构成, 软件部分包括实现电容数字信号采集的C程序设计、Pcap01-AD与单片机的通讯程序和数据处理程序。最后, 设计实验平台进行多次试验。试验测试结果表明, 在变形镜±50 μm的位移区间内, 测量灵敏度为200 pF/3 μm, 10 nm的位移量对应的电容变化为0.067 pF。该系统测量精度高、误差小、检测效率高, 能够用于自适应镜面的变形检测, 同时也适用于其他微小位移的检测。

波前拟合能力分析是变形次镜研制工作的重要组成部分，是基于变形次镜的新型自适应光学系统研制的重要基础。以拟合误差为评价标准，采用有限元计算所得驱动器影响函数对1.8 m望远镜变形次镜四个备选方案进行了泽尼克(Zernike)多项式、Kolmogorov湍流大气畸变相位屏拟合能力分析.结果表明73单元变形次镜波前拟合能力较强，对前44项Zernike多项式拟合误差均小于0.5，对10000幅Kolmogorov湍流大气畸变相位屏拟合误差均值为0.0541。分析了变形次镜不同位置单个驱动失效条件下的波前拟合能力，表明靠近通光口径边缘驱动器失效对变形次镜波前拟合能力影响较大。基于分析结果，确定了变形次镜方案。