發(fā)布時間：2017-10-24 22:25

  本文關(guān)鍵詞：2米望遠(yuǎn)鏡液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：液晶自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)以其校正單元多、校正量大、價格低廉等優(yōu)點,越來越受到人們的關(guān)注。近年來,液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)與大口徑地基望遠(yuǎn)鏡匹配取得了很好的觀測效果。隨著望遠(yuǎn)鏡口徑的增大,成像分辨率要求的提高,望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)對自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的要求也越來越高。如系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件哈特曼波前探測器,不僅要在光學(xué)設(shè)計上滿足探測要求,同時還要在工作時無振動始終處于最佳位置,以保證高精度探測效果;隨著成像分辨率的增加,原本不顯著的大氣色散問題也嚴(yán)重影響自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的成像效果;光學(xué)元件尺寸的增大對支撐結(jié)構(gòu)的要求提高等等。本論文針對與2米望遠(yuǎn)鏡相匹配的液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。設(shè)計了哈特曼波前探測器。針對2米口徑望遠(yuǎn)鏡、大氣相干長度10cm的探測條件,設(shè)計并模擬分析了哈特曼波前探測器的光學(xué)鏡頭,完成了與EMCCD的組裝。采用曲柄滑塊機構(gòu),實現(xiàn)了由直線運動轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動運動,獲得了高精度、強穩(wěn)定性的二維自動控制調(diào)節(jié)機構(gòu),使哈特曼波前探測器在俯仰和方位上的調(diào)節(jié)精度分別為±0.43角秒和±2.1角秒,優(yōu)于6角秒的設(shè)計指標(biāo)要求。分析了不同觀測天頂角下的大氣色散對系統(tǒng)成像分辨率的影響,以液晶波前校正器的校正中心波長785nm為基準(zhǔn),選擇了折射率曲線交叉點在該波長處的FK51和QK3兩種材料,將這兩種材料的對稱楔形膠合平板制成2個鏡片,分別固定于對稱反轉(zhuǎn)的兩空心轉(zhuǎn)軸內(nèi),采用步進(jìn)電機驅(qū)動,依據(jù)望遠(yuǎn)鏡俯仰角進(jìn)行自動控制旋轉(zhuǎn),制備出大氣色散校正器,使目標(biāo)光束在透過大氣色散校正器后的成像位置不發(fā)生改變。為解決大氣色散校正器中空心軸轉(zhuǎn)角誤差的測量問題,設(shè)計出基于自準(zhǔn)直儀的360°連續(xù)轉(zhuǎn)角測量裝置,利用光楔消除了傳統(tǒng)測量方法存在的軸系擺角誤差,消除了擺角對測量結(jié)果的影響。利用該測量裝置檢測了大氣色散校正器中兩空心轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角精度,分別為±0.05度和±0.07度,均優(yōu)于0.1度的設(shè)計要求。提出了基于等效應(yīng)力法的光學(xué)元件膠粘建模方法,解決了整體建模法的模型復(fù)雜問題,實現(xiàn)了中小型光學(xué)元件膠粘模型的快捷仿真分析。利用等效應(yīng)力法模擬分析了溫度對膠粘反射鏡面形的影響,并進(jìn)行了實驗驗證,實驗和仿真結(jié)果基本吻合,證明了等效應(yīng)力法的有效性。提出先單元模塊裝調(diào)、再進(jìn)行單元模塊對接的總體光路裝調(diào)方案,設(shè)計并標(biāo)定了光軸探測裝置,利用該裝置實現(xiàn)了液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的整體光軸裝調(diào),光學(xué)元件的裝調(diào)精度可達(dá)±5角秒。提出了以傾斜鏡為基準(zhǔn)的液晶自適應(yīng)系統(tǒng)孔徑對準(zhǔn)裝調(diào)方案,利用液晶校正器施加離焦圖案、哈特曼探測器實時探測的方法,實現(xiàn)了液晶校正器的校正區(qū)域和哈特曼探測器的探測區(qū)域的精確對準(zhǔn)。最后,利用Zygo干涉儀和哈特曼波前探測器對裝調(diào)光路進(jìn)行了檢測,探測支路與校正成像支路的波像差RMS分別為0.09λ和0.06λλ632.8nm,均優(yōu)于0.1λ的設(shè)計要求。本論文詳細(xì)研究了2米望遠(yuǎn)鏡液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的研制關(guān)鍵技術(shù),為液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),同時也為與4米、8米等大口徑地基望遠(yuǎn)鏡相匹配的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的研制提供了經(jīng)驗。
【關(guān)鍵詞】：自適應(yīng)光學(xué) 光機結(jié)構(gòu)設(shè)計 哈特曼波前探測器 大氣色散校正器 膠粘反射鏡 光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)與檢測
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH743
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 自適應(yīng)光學(xué)在空間目標(biāo)觀測中的作用13-16
• 1.2 液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)勢及發(fā)展現(xiàn)狀16-25
• 1.3 本論文的研究內(nèi)容25-27
• 第2章 液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計27-37
• 2.1 引言27
• 2.2 2米望遠(yuǎn)鏡的液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的工作原理及技術(shù)要求27
• 2.3 2米望遠(yuǎn)鏡的液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)27-31
• 2.4 液晶校正器響應(yīng)矩陣的測量光路31-34
• 2.4.1 液晶響應(yīng)矩陣測量光路的設(shè)計31-32
• 2.4.2 反射鏡的移動精度分析32-34
• 2.5 出瞳誤差分析34-35
• 2.6 小結(jié)35-37
• 第3章 液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中主要部件的光機結(jié)構(gòu)設(shè)計37-99
• 3.1 引言37
• 3.2 哈特曼波前探測器的設(shè)計37-60
• 3.2.1 微透鏡陣列和CCD相機的選擇38-40
• 3.2.2 哈特曼波前探測器的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計40-43
• 3.2.3 哈特曼波前探測器的高精度調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計43-49
• 3.2.4 回程差分析49-51
• 3.2.5 調(diào)節(jié)機構(gòu)穩(wěn)定性分析51-53
• 3.2.6 調(diào)節(jié)機構(gòu)實驗測試53-60
• 3.3 色散校正器的設(shè)計60-83
• 3.3.1 色散校正器的光學(xué)設(shè)計64-71
• 3.3.2 色散校正器的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計71-72
• 3.3.3 轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的設(shè)計72-80
• 3.3.4 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角的測量80-83
• 3.4 反射鏡支撐結(jié)構(gòu)分析83-96
• 3.4.1 溫度變化對反射鏡的應(yīng)力作用86-88
• 3.4.2 強迫位移約束對反射鏡面形的影響88-92
• 3.4.3 實驗對比分析92-96
• 3.5 小結(jié)96-99
• 第4章 液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)與檢測99-119
• 4.1 引言99
• 4.2 裝調(diào)與檢測方案的提出99-107
• 4.2.1 元件的裝調(diào)方案99-103
• 4.2.2 系統(tǒng)的檢測方案103-107
• 4.3 前準(zhǔn)直單元的裝調(diào)與檢測107-110
• 4.4 校正成像單元的裝調(diào)與檢測110-111
• 4.5 其他單元的裝調(diào)與檢測111-113
• 4.6 單元間對接及系統(tǒng)整體檢測113-117
• 4.7 小結(jié)117-119
• 第5章 結(jié)論與展望119-121
• 參考文獻(xiàn)121-135
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況135-137
• 指導(dǎo)教師及作者簡介137-139
• 致謝139-140

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1090834