科技日報記者 趙漢斌 通訊員 陳艷
拼接鏡面的共相保持技術(shù)，是超大口徑天文望遠鏡實現(xiàn)衍射極限成像的關(guān)鍵。記者26日從中科院云南天文臺獲悉，該臺天文技術(shù)實驗室與南京航空航天大學(xué)合作，首次在實驗平臺上實現(xiàn)了大口徑天文望遠鏡兩鏡拼接系統(tǒng)的共相保持，驗證了環(huán)形拼接主鏡閉環(huán)控制實現(xiàn)共相保持的可行性。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在國際期刊《應(yīng)用光學(xué)》上。
環(huán)形拼接主鏡方案是中國巨型太陽望遠鏡（CGST）主鏡的重要備選方案之一。基于環(huán)形主鏡的光學(xué)設(shè)計，很好地解決了大太陽望遠鏡熱控和高精度磁場測量之間的矛盾，而環(huán)形主鏡只能采用近似梯形子鏡拼接的方式。前期研究表明，環(huán)形主鏡的拼接方案需要子鏡邊緣傳感器和子鏡傾斜傳感器聯(lián)合探測的方式才有可能實現(xiàn)共相保持。
(a)兩鏡主動光學(xué)實驗系統(tǒng) (b)兩塊半圓形子鏡拼接而成的拼接鏡 (c)子鏡傾斜測量系統(tǒng)微透鏡陣列與光瞳匹配示意圖 云南天文臺供圖
為了驗證環(huán)形主鏡拼接主動控制方案的可行性，更好地推進中國巨型太陽望遠鏡的研制進程，云南天文臺天文技術(shù)實驗室高級工程師戴懿純等人聯(lián)合南京航空航天大學(xué)楊德華教授，共同研制了兩鏡系統(tǒng)主動光學(xué)實驗平臺。
兩鏡系統(tǒng)主動光學(xué)平臺主鏡由兩塊半圓形子鏡構(gòu)成，在拼接方式上此實驗系統(tǒng)與環(huán)形拼接望遠鏡相似，研究團隊首次采用機電型子鏡邊緣高度測量與光學(xué)型子鏡傾斜測量結(jié)合的控制方式，并通過系統(tǒng)集成建模和實測系統(tǒng)動態(tài)特性的分析方法，利用積分控制器成功實現(xiàn)了兩鏡系統(tǒng)的共相保持。在100分鐘的共相保持實驗中，鏡面誤差均方根值保持在18納米，子鏡間傾斜誤差均方根值保持在0.012弧秒，子鏡間平移誤差的均方根值保持在6.15納米。共相保持閉環(huán)調(diào)整帶寬為0.05赫茲，能夠滿足拼接鏡面主動光學(xué)校正的基本要求。
這個光學(xué)測量方案，利用位于子鏡內(nèi)部的探測子孔徑提取子鏡的傾斜信息，還可利用子鏡拼縫上的子孔徑進行子鏡邊緣高度的光學(xué)定標(biāo)和實時光學(xué)測量，將有望實現(xiàn)子鏡的共相保持，從而避免周期性的拼接鏡面望遠鏡主動調(diào)整，或可極大縮短主動調(diào)整周期，從而簡化拼接鏡面主動光學(xué)的實施過程。
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