1 中国科学院云南天文台 天文技术实验室，昆明 650216
2 中国科学院大学，北京 100049
重力和温度作用会导致结构变形从而引起副镜姿态失调、像质变差等问题，如何获取副镜相对主镜的失调量是进行副镜姿态校正的关键环节。以2 m环形太阳望远镜副镜姿态校正系统为例，研究了基于小视场波前像差测量的副镜姿态校正方法。针对偏心和倾斜存在耦合，而在小视场中无法通过多视场的波前像差探测实现解耦的问题，分析了采用正则因子约束低灵敏度失调量和直接约束低灵敏度失调量两种方法的校正效果。提出了正则因子对失调量约束的两种实施方案：基于稳定0点位置的失调量调整和相对位置的失调量调整。根据失调量校正的灵敏度矩阵模型、波前探测系统的测量精度以及六杆机构的执行误差，分别从像质补偿效果、失调量求解精度和累积误差三个方面对不同的校正方法进行了仿真研究。仿真结果表明，以一定的正则因子对失调量基于稳定0点位置进行整体约束的校正方案，失调量的求解和系统的像质改善均能取得较好效果，该方法能够将波面均方根误差从0.495 9λ改善到0.006 2λ，且不会在连续的调整过程中引入较大的累积误差，该方案更适用于基于小视场像差测量的副镜姿态校正系统。
太阳望远镜 副镜校正 像差探测 失调量 耦合 Solar telescope Secondary mirror alignment Aberration detection Misalignment Coupling
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
针对大口径望远镜光学系统内部空间限制的特点,为了实现失调量校正,提出了一种基于本征系数的失调量解算方法。该方法首先利用波前曲率传感器的原理,通过交替测量前后离焦面的方式采集光斑图。然后,利用无需分区探测的本征函数法进行波前重构,利用本征系数来表征系统波像差,并依据失调量建立灵敏度矩阵模型。最后,根据失调状态与理想状态的本征系数即可求解出失调量。与其他技术途径相比,该方法具有无需添加光学元件、无需分区探测、运算简单的特点。主镜直径为1.8 m的望远镜实验结果表明,当次镜偏心距离范围为-0.9~0.9 mm、倾斜角范围为-0.2°~0.2°时,利用本征系数灵敏度矩阵法得到的计算值的误差均小于10%,对大口径望远镜中的应用具有一定的意义。
光学设计 大口径望远镜 曲率传感器 本征系数 灵敏度矩阵 失调量解算 光学学报
2021, 41(19): 1922001
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
光刻投影物镜小比例模型光学系统镜片数量较多，用每个补偿量去补偿对应失调量的传统装调方法对其不适用。利用灵敏度矩阵，并对其进行奇异值分解，对分解后的失调量向量的数值与符号进行分析，确定各失调量之间的相关性，提出了系统补偿量的选择方法，该方法仅需要分析少量向量即能选择补偿量的最佳组合。编写宏模块进行大量仿真计算，验证了补偿量敏感度与相关性分析的正确性。物镜系统初装完成后，对系统进行了仿真预装调，以确保补偿方案的可行性。实验结果表明，补偿后系统波像差均方根(RMS)值由70 nm降低到29.6 nm，优于技术指标要求，证明了提出的补偿量选择方法的正确性和有效性。
几何光学 复杂系统装调 补偿量选择 奇异值分解 失调量向量 补偿量相关性
中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
光学系统装调技术是高功率激光工程中的关键支撑技术之一。对光学系统装调中影响系统光束质量的误差来源进行了分析,并根据像差的装调方式进行了分类。对这两类像差的辅助装调方式进行了比较和仿真模拟。针对第一类像差,在装调模型中代入失调系统检测得到干涉图,利用计算机辅助装调模型计算出失调量的大小和方向,确定出系统的装调方案。仿真结果显示,对系统调整工作有较好指导作用。针对第二类像差,利用元件加工面形之间波像差的互补性,优化调整光学元件的装校姿态。仿真结果显示,系统的光束质量β由预期的4.916优化为1.187,提高了多元件光学系统的光束质量。
文字间用 号隔开空半格几何光学 卡塞格林系统 计算机辅助装调 失调量 装校姿态 光束质量 geometrical optics Cassegrain system computer aided alignment misalignment alignment pose beam quality
计算机辅助装调(CAA)是提升高精度、复杂离轴光学系统成像质量的一个行之有效的手段,特别是对空间光学系统的在轨调整显得尤其重要。介绍了一种针对离轴反射变焦系统进行计算机辅助装调的方法。由于变焦系统具有多重结构,所以需要计算系统在不同位置的灵敏度矩阵。因而,变焦系统的计算机辅助装调实际上是由一系列独立的对应着不同位置的辅助装调组成的。对各重结构进行装调的过程包括灵敏度矩阵的计算、实际系统和理想系统像差差值的计算,以及失调量的计算等。针对反射变焦系统,建立了新的计算机辅助装调数学模型。为了更进一步地说明问题,进行了数值实验,并通过对比装调前后系统的成像质量,验证了该方法的可行性。
计算机辅助装调 失调量 灵敏度矩阵 泽尼克多项式 反射变焦系统
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西西安710068
2 中国科学院研究生院，北京100039
给出计算机辅助装调中失调量与像差关系的数学模型，利用Zemax对折轴三反射光学系统进行失调仿真，得到失调数据，再对数据进行分析和处理，求得次镜和三镜的灵敏度矩阵，还对各种初级像差与各装调参量之间的对应关系及该系统的失调特性进行讨论。根据以上分析结果，最终确定了共轴三反射光学系统的装调方案。为了验证方案的可行性,在Zemax中对共轴三反射光学系统人为地加入不同的失调量后,按照确定的装调方案，利用建立的计算机辅助装调数学模型计算出失调量的大小和方向,再根据计算结果对共轴三反射光学系统进行调整,仿真结果和实际装调结果都证明该方案是可行的。
三反射系统 计算机辅助装调 失调量 three-mirror-anastigmat system computer-aided alignment misalignment
1 中国科学院光电技术研究所,四川,成都,610209
2 中国科学院研究生研究院,北京,100039
较全面地介绍了计算机辅助装调的基本原理及方法.利用Zemax针对卡塞格林系统进行了失调仿真分析,并且利用Matlab讨论分析像差与各装调参量之间的对应关系及该系统的失调特性.根据以上分析,最后确定了卡塞格林系统的装调方案.为了验证方案的可行性,在Zemax中为卡塞格林系统人为的加入不同的失调量后,按照确定的装调方案利用建立的计算机辅助装调数学模型计算出失调量的大小和方向,再根据计算结果对系统进行调整,仿真结果表明方案是可行的,对卡塞格林系统装调工作有较好指导作用.
卡塞格林系统 计算机辅助装调 失调量 灵敏度矩阵 Zernike多项式系数
1 上海交通大学机械与动力工程学院, 上海 200240
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
为了对激光谐振腔进行优化设计,运用光学传输矩阵理论,借助V型折叠腔激光器的等效简化模型对该激光腔的稳定性进行了研究。分析了腔长、折叠镜焦距、反射镜曲率半径与系统稳定性的关系,得到以失调量为参数的稳区临界曲线方程,实现了三镜折叠腔型CO2斩光盘式调Q脉冲输出激光器的设计。分析结果表明,对于子腔预先给定的参量,只要另一子腔满足适当的失调量,整个谐振腔就是稳定的。任一子腔内有二个稳定区而非以往研究者提出的一个稳定区,可根据需要选取最佳的稳定点。采用失调量而非g因子作为参数,直接给出稳定区范围和失调误差,使用性好。
激光技术 稳定性 失调量 V型折叠腔
本文从理论上详细讨论了当g~*参数满足条件g_1~*g_2~*=1/2的望远镜腔的深度热稳特性.解析地推导出补偿热扰的望远镜失调量(?)的精确表示式.并且证明,采用适当的假设,就可从精确公式推导出文献[4,5]中失调量(?)的简化近似公式.计算机模拟和数值计算证实了我们的理论结果,并给出光斑大小随望远镜腔参数变化的曲线.
热稳定性 望远镜腔 望远镜失调量
