改正镜作为LAMOST真空相机封窗的可行性研究

为提高真空相机光学性能,对现有改正镜作为真空相机封窗进行了可行性研究。通过现有改正镜几何模型,将力学场映射到有限元模型中,计算改正镜在受大气压强差状态下的变形。利用最小二乘法求解Zernike多项式前6项系数和拟合求解改正镜面形方程,分析变形后的改正镜对真空相机像质影响。研究结果表明:相对于原有像质的弥散半径,变形后的改正镜使得真空相机点阵图的弥散半径增大且最大增大41.9%,通过调节CCD焦距从249.554 mm变为249.574mm,使得CCD点阵图弥散半径相对于原来增大0.301%~1.09%,保持了LAMOST低分辨率光谱仪相机原有的像质要求,说明现有改正镜可直接用于真空相机设计方案。

基于热光学分析的真空相机光学镜设计

以热光学分析为基础,对复杂环境下改正镜作为光学窗口的玻璃厚度进行了优化设计。对改正镜的强度及其所处的热环境进行了分析,将温度场映射到结构模型中,利用有限元计算改正镜在热-力耦合情况下的改正镜的变形量和面形数据,对正镜面形数据进行拟合和处理,最后将处理后的改正镜面形数据导入光学设计方案中,分析改正镜厚度对光谱仪性能影响。结果表明改正镜厚度应该不小于10mm;当改正镜厚度为15mm时,改正镜受热力学影响可以忽略。因此改正镜作为光学窗口既能满足强度和可靠性要求,又能满足光谱仪性能指标,为窗口的设计提供了依据。