朱历伟 1杨磊 1,*陈洁 1张文平 2,3[ ... ]谢洪波 1
作者单位
摘要
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
2 天津大学-赛思倍斯空天光电系统工程联合实验室,天津 300072
3 赛思倍斯(绍兴)智能科技有限公司,绍兴 311899
离轴反射系统设计的关键环节是确定适用初始结构并进行优化,一般从同轴结构或者专利库中寻找相似的结构开始优化,这往往需要耗费大量的时间。以Seidel像差理论为依据,研究了一种获取离轴四反系统初始结构的设计方法。在设计之初引入视场偏置,通过追迹近轴光线给出五种单色像差的初级Seidel像差表示。以Seidel像差绝对值最小化作为目标函数,同时加入对光学和系统结构上的限制条件构建含有约束条件的单目标非线性优化模型,并通过粒子群优化算法进行求解。在此基础上,通过MATLAB调用CODE V API接口,判断此视场偏置情况下是否满足无遮拦的条件,并从中挑选出满足条件的初始结构。设计了一款焦距为1 200 mm,视场1.2°×20°,F数为6的离轴四反光学系统,系统结构布局紧凑,成像质量良好,各项指标均满足设计要求。
光学设计 离轴四反结构 Seidel像差 粒子群优化 望远镜 Optical design Off-axis four-mirrors structure Seidel aberration Particle swarm optimization Telescope 
光子学报
2024, 53(1): 0122003
梁荣 1,2周晓军 1邹纯博 3许黄蓉 1[ ... ]鱼卫星 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室,西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 福州大学,福州 350116
基于离轴四反的方案设计,从同轴反射系统的理论出发,结合高倍率,低波前畸变,以及高杂散光抑制比等特点对天琴望远镜的原理系统进行了优化设计。实现了在捕获±200 μrad视场内系统百倍的压缩倍率,其入瞳直径300 mm,波前误差优于λ/80。提高三四镜之间光线转折角度进行杂散光抑制,在保证高质量波前的条件下,其三镜的偏角优化结果为5.5°,且三镜为平面镜的引入,降低了后期加工装调的难度。为了对原理系统的加工装调以及杂散光抑制能力进行验证,建立了该系统下0.5倍的缩比系统,实现了缩比系统的波前误差优于λ/175。经公差分析,原理系统有90%的累积概率其波前误差优于λ/40,满足引力波望远镜的指标要求。
引力波望远镜 离轴四反 高倍率 杂散光抑制 Telescope of gravitational wave detection Off-axis four-mirror optical system High afocal magnification Suppression of stray light 
光子学报
2024, 53(1): 0122002
余苗 1李建聪 1林宏安 1黄耀樟 1[ ... ]王智 2,4,*
作者单位
摘要
1 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院, 广东 佛山 528000
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 季华实验室, 广东 佛山 528000
4 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
太极计划是中国探测空间引力波的一项重点任务。望远镜作为空间引力波探测中的重要组成部分,它的性能会直接影响引力波探测的精度。现有的典型空间引力波望远镜结构中次镜灵敏度高,难以满足更大口径的空间引力波望远镜对制造装调公差的要求,特别是在轨稳定性公差要求。为解决以上问题,首先,提出了一种中间像面设置于三四镜之间的新型空间引力波望远镜光学系统结构,以降低次镜灵敏度;结合高斯光学理论方法,从理论上分析并计算新型望远镜结构的初始参数。其次,通过优化设计,获得入瞳直径为400 mm,放大倍率为80倍,科学视场为±8 μrad,波前误差RMS值优于0.0063λ的望远镜光学系统。最后,建立了望远镜系统的灵敏度评价公差分配表,对比分析了现有望远镜结构与新型望远镜结构的公差情况。结果显示:相较于现有望远镜结构,新型望远镜结构的灵敏度降低了30.4%,具有低灵敏度优势,为空间引力波望远镜的设计提供了一种优选方案。
望远镜 空间引力波探测 波前误差 低灵敏度 光学设计 telescope space gravitational wave detection wavefront error low sensitivity optical design 
中国光学
2023, 16(6): 1384
作者单位
摘要
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 吉林省智能波前传感与控制重点实验室,吉林 长春 130033
为了更好地对大口径稀疏孔径望远镜进行共焦调控,利用曲率传感方法非干涉、大范围、波段鲁棒的特点。首先,利用近场电磁波的传输方程分析了稀疏孔径望远镜共焦调控的基本原理。其次,结合曲率传感理论,进行了稀疏孔径望远镜共焦调控误差分析。再次,对于曲率传感稀疏孔径望远镜共焦检测的可行性进行了分析与实验。之后,利用桌面实验实现了大口径稀疏孔径望远镜共焦检测的原理贯通。最终,波前倾斜探测结果与原始波前相比,相关性从0.26上升至0.83。利用曲率传感可实现20个波长范围的共焦测量,避免了传统方法对像点进行多次移动标校以及逐个调节的缺点。文中实现了大通量共焦误差感知与收敛调控,为未来大口径稀疏孔径望远镜的建设打下技术基础。
曲率传感 波前像差 稀疏孔径望远镜 共焦 curvature sensing wavefront aberration sparse aperture telescope co-focus 
红外与激光工程
2023, 52(10): 20230050
潘聪 1,2,3叶宇 1,2顾伯忠 1,2帅雨林 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院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
3 中国科学院大学,北京 100049
2.5 m大视场高分辨率望远镜消光筒会接收来自主焦点处的热辐射,加热镜筒内空气,产生随机湍流,降低视宁度,影响望远镜成像质量。为解决这一问题,满足2.5 m望远镜温控指标要求,设计Smith自抗扰控制器(ADRC-Smith),利用自抗扰控制结合Smith预估算法实现对消光筒壁面温度的精确控制。首先,建立消光筒温控系统模型,给出ADRC-Smith控制器的结构和调参方法;其次,对消光筒温控系统进行仿真,分析控制器的可行性;最后,搭建消光筒温控系统,实验验证控制器的实用性。实验结果表明,ADRC-Smith控制器可以将消光筒壁面温度控制在环境温度2 ℃内,对应的响应时间和稳定时间分别约为59 s和173 s,跟随误差约为0.14 ℃。研究表明,ADRC-Smith控制器可以提高2.5 m大视场高分辨率望远镜消光筒温控系统的性能。
2.5 m大视场高分辨率望远镜 消光筒 温度控制 自抗扰控制器 Smith预估器 2.5-meter large-field and high-resolution telescope extinction tube temperature control active disturbance rejection controller Smith predictor 
红外与激光工程
2023, 52(9): 20230024
崔新旭 1方超 1,*王智 1,2,**
作者单位
摘要
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 instruments, measurement, and metrology gravitational wave interferometry telescope installation and adjustment tolerance 
光学学报
2023, 43(19): 1912001
作者单位
摘要
1 沈阳理工大学理学院,辽宁 沈阳 110159
2 中国科学院高能物理研究所粒子天体物理重点实验室,北京 100049
3 哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001
爱因斯坦探针卫星是一项针对时域天文学的任务,搭载的科学载荷后随X射线望远镜配备嵌套式镍镀金Wolter-I型X射线望远镜具有高灵敏度。角分辨是Wolter-I型X射线聚焦镜的重要性能指标,通常采用半能量直径表示。由于X射线聚焦镜在可见光与X射线下的光路相同,可以使用可见光代替X射线进行聚焦镜角分辨性能的检测,但也引入了可见光衍射的影响,为了说明此种影响,根据圆孔的夫琅禾费衍射理论,推导遮盖率极大的细圆环衍射分布公式,计算单层Wolter-I型镜片的可见光测试衍射影响。使用EP-FXT#18镜片在473 nm平行光条件下进行角分辨测试,可见光测试角分辨为32.02″±0.44″,推导计算可见光衍射影响为20.15″,从可见光测试结果中扣除衍射引入的误差影响后角分辨约为24.90″±1.61″,与中国科学院高能物理研究所在百米真空X射线下对镜片的测试结果25.10″+1.55″一致。
Wolter-I EP-FXT 衍射效应 X射线聚焦镜 可见光测试 Wolter-I EP-FXT diffraction effect X-ray telescope visible light test 
激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1926002
田思恒 1,2,3,4黄永梅 2,3,4,5,*徐杨杰 2,3,4,5南新元 1[ ... ]唐薇 2,3,4,5
作者单位
摘要
1 新疆大学电气工程学院,新疆 乌鲁木齐 830046
2 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所光场调控科学技术全国重点实验室,四川 成都 610209
4 中国科学院光电技术研究所光束控制重点实验室,四川 成都 610209
5 中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049
光学成像系统 离轴望远镜 次镜 离焦光斑 神经网络 快速调整 optical imaging system off-axis telescope secondary mirror defocused spot neural Networks quick adjustment 
光电工程
2023, 50(7): 230040
Author Affiliations
Abstract
1 James C. Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA
2 Department of Astronomy and Steward Observatory, The University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA
3 Lunar and Planetary Laboratory, The University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA
4 Y&DK, 34158 Daejeon, South Korea
5 Hanbat National University, 34158 Daejeon, South Korea
6 Department of Integrated Systems Engineering, The Ohio State University, Columbus, OH 43210, USA
One of the most profound and philosophically captivating foci of modern astronomy is the study of Earth-like exoplanets in the search for life in the Universe. The paradigm-shifting investigation described here calls for a new type of scalable space telescope that redefines the available light-collecting area in space. The Nautilus Space Observatory, enabled by multiple-order diffractive optics (the MODE lens), is ushering in the advent of large space telescope lenses designed to search for biosignatures on a thousand exo-earths. The Kinematically Engaged Yoke System (KEYS) was developed to align a segmented version of the MODE lens. A technology demonstration prototype of KEYS was built and tested using scanning white light interferometry and deflectometry. A deflectometry system was also developed to monitor the closed-loop alignment of the segmented MODE lens during its UV (i.e., Ultraviolet) curing.
KEYS Nautilus MODE Lens Alignment Space Telescope 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023016
赵思旻 1,2顾乃庭 1,2黄林海 1,2肖亚维 1,2[ ... ]杜宗政 2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所 自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院光电技术研究所 光学轻量化与新材料技术中心,四川 成都 610209
针对大口径太阳望远镜系统运行过程中由于静态位置失配误差、风载弯沉等准静态位置失配误差以及热变形等非失配误差引起的波前像差导致成像质量下降的问题,在对太阳望远镜系统波前像差时空分频的基础上,提出采用次镜刚体位移对太阳望远镜低时空频率波前像差校正的方法,建立起次镜刚体位移与像差校正量的关系,并通过数值仿真及实验验证了采用次镜刚体位移对上述来源像差的校正能力。数值仿真和实验结果表明:次镜刚体位移能够对望远镜系统运行过程中的低时空频率波前像差进行有效校正,其中,对位置失配误差校正后像差RMS值低于原值的9%,对非失配误差校正后像差RMS值低于原值的40%,对多源混合误差校正后像差RMS值低于原值的15%。
成像系统 像差校正 灵敏度矩阵法 次镜 太阳望远镜 imaging system aberration correction sensitivity matrix method secondary mirror solar telescope 
红外与激光工程
2023, 52(7): 20220887

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