大口径巡天望远镜分区域曲率传感方法研究

大口径巡天望远镜需要基于波前传感系统的反馈,进行主动光学闭环校正,以更好地发挥其极限探测能力。本文面向大口径巡天望远镜波前传感过程中,离焦星点像重合所导致的导星数量下降的问题,首先针对分区域曲率传感的基本理论表达进行了推导,之后,通过建立联合仿真模型,利用光学设计软件与数值计算软件之间的通讯交互,对分区域曲率传感的过程进行了仿真分析。最后,通过搭建桌面实验,分别就单目标与多目标的曲率传感进行了交叉比对,验证了算法的正确性。针对标准波前,本文所提出的方法与单导星曲率传感相比,误差为0.02个工作波长(RMS),误差在10%以内,可在传统主动光学技术的基础上,通过扩展可用导星,提升探测信噪比与采样速度,有效提升主动光学系统校正能力。

大口径主动光学巡天望远镜大动态范围曲率传感

为了保证外界环境剧烈变化下大口径巡天望远镜的成像质量以及实现系统的快速对准,其波前传感系统在保持像差检测精度的同时也需要具备较大动态范围。首先基于同侧离焦星点像光强分布与曲率传感技术建立了一套大动态范围的对准检测技术,分别使用解析式表达和机器学习方法实现离焦量以及系统其余低阶像差的解算。然后对不同类型像差的解算精度进行了理论分析,最后针对所提出方法进行实验验证,结果表明离焦检测误差(以波前RMS变化为准)分别小于5%,而失调检测误差小于15%,满足对准装调要求。

大口径全景巡天望远镜

全球最大的光学望远镜——大口径全景巡天望远镜（LSST），已开始在智利动工建造，预计2015年投入使用。届时，它将成为世界上观测能力最强大的数字化天文观测系统，能够自动地对夜空进行观测。

基于条纹传感的大口径透镜检测方法

为实现大口径透镜组的高质量集成,亟需一套透射波前检测系统,其可实现米级跨度上的微米级精度检测。针对大口径透射波前质量检测难题,采用非窄带干涉与条纹跟踪相结合的方法,获得元件相对倾斜以及支撑结构所引入的系统波前变化。首先,基于光纤互联架构,设计了子孔径分时复用测系统;其次,建立了斜率测量与最终系统波前的映射关系,分析了斜率重建过程对不同空间频率波前的影响;最后,利用桌面实验系统,针对探测原理进行了验证测试,在测试波长1550 nm时,干涉感知信噪比优于15 dB,测量范围优于5μm,探测精度优于0.5μm。本文所提出的方法可实现大口径透镜透射波前大范围、高鲁棒、高精度的检测,具有重要的意义,特别是对于未来大口径大视场望远镜的建设。

基于dOTF的大口径透射光学元件检测技术

为了保证在重力变化下大口径巡天望远镜透镜组的成像质量,需要研究一种可以适用于大口径透镜组的波前检测方法,用于实现系统装调检测。首先,基于差分光学传递函数(differential optical transfer function,dOTF)建立了一套波前对准检测技术,在此基础上,分析了运算过程中相位解缠,CCD探测噪声以及大气扰动对检测算法造成的误差影响,结果表明检测误差分别小于10%、1%和2.5%,经过叠加可得整体的测量精度约为10.3%,满足一般大口径大视场检测系统设计指标。最后针对80 mm的透射式系统进行验证,由实验结果得到波前检测主要成分为彗差,与理论分析结果一致,符合几何光学预测结果。