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2021-11-12 09:34

大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡LSST光學(xué)系統(tǒng)的性能分析

LSST使用了一個(gè)改良的Paul-Baker三反射鏡光學(xué)設(shè)計(jì)，包含8.4m的主鏡、3.4m的次鏡和5m的第二次鏡。系統(tǒng)開(kāi)始向更深、更寬范圍以及更快的任務(wù)演變。主和第二次級(jí)表面的曲率半徑很接近保障可以從單個(gè)基底制造兩個(gè)反射鏡。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)，稱為M1M3整料，在操作對(duì)準(zhǔn)和改進(jìn)的結(jié)構(gòu)剛度期間，就減少自由度方面為其他環(huán)形主面提供了顯著的優(yōu)勢(shì)。為三反射鏡望遠(yuǎn)鏡提供了一個(gè)三元屈光校正器，在64cm平坦焦面上、在具有出色成像質(zhì)量的6個(gè)光譜帶上產(chǎn)生3.5度全視場(chǎng)。最近的設(shè)計(jì)優(yōu)化包括了三個(gè)相機(jī)鏡頭的零位補(bǔ)償檢驗(yàn)，產(chǎn)生了更加簡(jiǎn)單的參數(shù)配置，減少了次鏡的非球面性。并進(jìn)行了透鏡位移、重力畸變、玻璃質(zhì)量和制造誤差的光學(xué)效應(yīng)的詳細(xì)分析，表明該系統(tǒng)在工業(yè)制造能力以內(nèi)是很好的。雜散射光分析表明LSST能夠?qū)崿F(xiàn)它的信噪比要求。在反射鏡、抗反射和濾波涂層的發(fā)展上已經(jīng)取得進(jìn)一步的成果，表明系統(tǒng)的吞吐量已經(jīng)滿足了測(cè)量的深度要求并超過(guò)了濾波抑制要求。

反射鏡測(cè)試

第一和第三反射表面將制造成單個(gè)鏡坯，每個(gè)表面適用于光學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。M1和M3之間關(guān)系實(shí)現(xiàn)是通過(guò)同步光學(xué)測(cè)試、激光跟蹤定位和機(jī)械偏心測(cè)量的組合實(shí)現(xiàn)的。

凸?fàn)畹亩?jí)鏡面限制為遠(yuǎn)離一個(gè)球面19微米的非球面。在12個(gè)子孔徑內(nèi)使用矩陣光學(xué)試驗(yàn)可以測(cè)量該表面。在試驗(yàn)中具有受限靈敏度的低階表面誤差可以很容易改正。

光學(xué)設(shè)計(jì)

在LSST光學(xué)設(shè)計(jì)的中心是一個(gè)三反射鏡系統(tǒng)，起源于Mersenne-Schmidt族的光學(xué)系統(tǒng)，可以在非常寬的視場(chǎng)產(chǎn)生非常好的成像質(zhì)量。LSST系統(tǒng)添加了一個(gè)三元屈光相機(jī)來(lái)進(jìn)一步提高成像質(zhì)量，補(bǔ)償來(lái)自于濾光片和dewer窗口的色差，并且使焦平面平坦。半月形濾光片基板保持光束的遠(yuǎn)心充滿全視場(chǎng)，從而消除在濾光片響應(yīng)時(shí)的任何波長(zhǎng)偏移。L3的厚度由需求的應(yīng)力安全余量決定，可以用作dewar窗口和真空擋板。生成的圖像質(zhì)量在50%處（下曲線）<0.2"，在80%能量環(huán)繞處（上曲線）<0.3"橫跨整個(gè)可視光譜（330-1080Å）。

透鏡零位校驗(yàn)

三個(gè)屈光元件的每個(gè)零位校驗(yàn)作為最終設(shè)計(jì)優(yōu)化的一部分。可以通過(guò)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)非球面項(xiàng)的平衡來(lái)簡(jiǎn)化可制造性。最后，L1保持了完全球面光學(xué)，L2上非常小的非球面量引起了一個(gè)簡(jiǎn)單的零位校驗(yàn)及M2上非球面性的降低，同樣的在L3上添加的非球面性極大的簡(jiǎn)化了它的零點(diǎn)校驗(yàn)。每個(gè)零點(diǎn)校驗(yàn)均是沿著重力的取向?qū)嵤Ｍㄟ^(guò)在它們首選操作取向上校驗(yàn)透鏡，可以補(bǔ)償由重力扭曲導(dǎo)致的1階光學(xué)誤差。