光子学报
2023, 52(12): 1223002
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 国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院，浙江 杭州 310024
本文研究了引力波望远镜的装调误差对望远镜的TTL（tilt-to-length，角度抖动与光程读出之间的）耦合噪声的影响。保持其他参量不变，仅对引力波望远镜中的某项装调公差进行赋值，仿真分析引力波望远镜中的某项装调公差对出瞳位置变化的影响，进而计算出激光干涉信号经过全玻璃激光干涉仪最终在四象限光电探测器上进行干涉时，由于引力波望远镜的装调公差的存在导致的TTL耦合噪声的变化情况。通过对比发现，引力波望远镜的主镜与次镜的距离公差，对引力波望远镜的TTL耦合噪声的影响大于其他光学元件之间的距离公差对TTL耦合噪声的影响。主镜和次镜之间的距离公差导致的TTL耦合噪声的变化与次镜和三镜之间的距离公差、三镜和四镜之间的距离公差导致的TTL耦合噪声的变化符号相反；光阑和主镜之间的距离装调公差对TTL耦合噪声的变化影响很小，可以忽略不计。各个光学元件的距离装调公差导致的TTL耦合噪声的变化量与抖动角度之间呈抛物线规律分布。在装调空间引力波望远镜时，应着重控制主镜与次镜之间的距离误差。并且可以使用次镜和三镜之间的距离装调误差、三镜和四镜之间的距离装调误差导致的TTL耦合噪声来抵消由装调主镜和次镜之间的距离误差导致的TTL耦合噪声。
仪器，测量与计量 引力波 干涉测量 望远镜 装调公差 光学学报
2023, 43(19): 1912001
北京空间机电研究所 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
遥感相机光学系统畸变系数作为影响相机在轨成像质量的关键因素，其检测精度一直以来都是遥感相机研制过程中的核心环节。传统的测角法主要依靠高精度二维转台，实现了光学系统视场角与像高之间的精准对应，该方法对测试设备和测试环境要求苛刻。随着相机焦距、口径和体积的增大，对于转台设备的尺寸与测量精度也日渐提升，单纯依靠提升测试设备性能无法满足后续各类高性能遥感相机的研制需求，尤其对于垂直装调类超大口径空间高分辨率光学系统，该方法不可行。在传统精密测角法的基础上，提出一种基于干涉原理的空间高分辨率光学系统几何畸变标定技术，相比于传统的精密测角法，该方法在同等测试精度的基础上，具备更广泛的适用性，其不再受限于测试设备的尺寸与精度限制，可同时满足各种类型遥感相机的畸变测试需求。文中详细介绍了该畸变测试方的基本原理、测试方法与误差链路，并对该畸变测试方法进行了应用验证，将结果与传统畸变测试方法进行对照，表明该方法的测试精度满足遥感相机的研制要求且适用范围更广，对航天长焦距大口径遥感相机研制及畸变测试有参考借鉴意义。
畸变 空间高分辨率 垂直装调 干涉原理 distortion space high spatial resolution vertical installation and adjustment interference principle 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220862
红外与激光工程
2023, 52(4): 20220790
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 吉林省智能波前传感与控制重点实验室， 吉林长春130033
为满足大口径主焦点光学望远镜的发展趋势与需求，研究了大口径主焦点式光学系统的设计与装调方法。给出一个大口径主焦点光学系统的设计，该系统由一块非球面主反射镜和六块口径较小的球面透镜组成，六块透镜构成的校正镜组能够增大视场、校正像差，从而保证系统的成像质量。该系统的工作波段为0.4~0.8 μm，通光口径为1 000 mm，焦距为1 300 mm，视场为2.7°×2.7°，在-40~50 ℃内采用移动探测像面的方式实现温度补偿。全视场奈奎斯特频率下调制传递函数高于0.45，RMS弥散斑半径小于10 μm。针对该系统，提出了一种包含主镜被动支撑调整、校正镜定心装调和系统星点成像装调的一般装调方法，装调后系统全视场靶面星点80%能量集中度在3×3个像元以内。
光学设计 光学装调 主焦点式 像质评价 optical design optical alignment prime focus image quality evaluation 光学 精密工程
2022, 30(23): 2987
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
四孔振幅调制波前传感器（FHAM-WS）在夏克-哈特曼传感器（SHS）的各个子孔径内引入振幅调制，实现了子孔径内波前斜率和曲率的测量。FHAM-WS的精密装调对于实现高精度的波前传感至关重要。利用标量衍射理论分析了FHAM-WS中的微透镜阵列装调误差在各个子孔径内引入的波前斜率和曲率测量误差。以该误差为输入，利用斜率和曲率混合波前重构技术，获得了微透镜阵列装调误差在整个波面测量结果中引入的像差。仿真分析了FHAM-WS中微透镜阵列的焦面偏移误差、倾斜误差在波面测量结果中引入的各类像差的灵敏度，建立了FHAM-WS的装调技术方案。利用FHAM-WS的零检验实验验证了所提方法的有效性，实验结果表明经过所提方法装调校准后，FHAM-WS的绝对测量精度能达到0.005λ（均方根，波长为λ=635 nm）。
传感器 标量衍射理论 装调技术 斜率和曲率 波前重构 光学学报
2022, 42(23): 2328001
1 国防科技大学 智能科学学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
3 湖南交通工程学院 高科技研究院，湖南 衡阳 421001
计算机辅助装调技术的出现大大降低了光学系统装调的难度，但是目前提出的大部分装配误差计算方法都基于波像差系数，在应用过程中还需要额外的波前传感器。基于星点图在不同视场中的椭圆度分布，提出了一种不依赖于波前传感器的装配误差计算方法，该方法只需要CCD或CMOS等图像传感器即可实现光学系统的装配误差计算。基于矢量像差理论推导了该方法的理论基础，采用椭圆度参数量化了装配误差对星点图的影响规律，揭示了椭圆度分布与装配误差之间的非线性函数关系，在此基础上，以多视场下的星点图椭圆度分布为优化目标，将光学系统的装配误差求解问题转化成多目标优化问题，可通过智能优化算法进行求解。以Hilbert 两反式光学系统为例，基于三个视场的椭圆度分布计算次镜的四个侧向装配误差，仿真结果表明该方法的计算精度可达微米级，满足实际装调需求，验证了该方法的正确性，对促进计算机辅助装调技术的工程化应用具有重要意义。
计算机辅助装调 装配误差计算 星点图 椭圆度 computer aided alignment misalignments calculation stellar image ellipticity 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210391
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 航空光学成像与测量中国科学院重点实验室, 吉林长春130033
2 空军装备部驻长春地区军事代表室, 吉林长春130000
3 空军参谋部, 北京100843
利用平面反射镜进行光路折转以减小航空遥感器体积及质量是一种常用设计手段，而平面反射镜的引入对航空遥感器的装调工作提出了更高的要求。为此本文提出了一种用于航空遥感器平面反射镜系统的装调方法。利用坐标变换法建立经纬仪测量数学模型，推导出单个平面反射镜组件及平面反射镜系统角度偏差（俯仰偏差及方位偏差）与经纬仪测量值之间的对应关系。提出了利用经纬仪完成平面反射镜系统角度偏差测量及装调的方法。最终使镜头光轴与焦平面安装面法线的俯仰偏差和方位偏差均满足不大于2′的指标要求。应用该方法已完成10余套航空遥感器反射镜系统的装调，方法方便高效。同时，该方法可为各种光学仪器中平面反射镜角度标定及装调提供解决思路。
航空遥感器 反射镜 角度偏差 装调 标定 aerial remote sensor reflecting mirror angle deviation alignment calibration 红外与激光工程
2022, 51(4): 20210168
