620mm薄镜面的主动支撑结构及面形校正

为了提高大口径薄镜面望远镜主镜在不同俯仰角度的支撑面形精度,采用模态振型模式定标实时对主镜面形进行了主动校正。针对口径为620mm,厚度为18mm,底支撑采用36点主动支撑,侧支撑采用6点切向被动支撑的薄镜面主动支撑系统,分析了主镜自由振动时的模态振型;在进行主动校正前将其前10阶模态振型的RMS值归一化为1 000nm,定标出相应的校正力;分析了不同俯仰角下主镜面形的变化,并采用最小二乘法用模态振型为底基函数拟合了主镜面变形,求解出主动校正力;对比校正面形和原始面形的关系,在二次主动校正之后分析了拟合残差和校正残差的关系。最终校正结果显示,主镜竖直放置时,用最大2.23N的校正力可将其面形RMS从27.62nm校正到12.95nm;主镜水平放置时,用最大0.59N的校正力可将其面形RMS从7.68nm校正到2.84nm。得到的结果验证了采用模态振型校正主镜面形的可行性。

能动薄镜面的有限元分析

介绍了我们采用有限元法对能动薄镜面进行计算分析的一些结果：（１）利用“ＡｌｇｏｒＦｅａｓ”有限元软件系统建立了直径厚度比为６２．４：１薄镜面的有限元模型，并利用该模型进行了以下的工作；（２）计算了在重力作用下，不同驱动器支撑数量时薄镜自身的变形量；（３）计算了该镜面在不同的驱动器排布方式下拟合准Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式几个低阶象差时薄镜面的应力分布情况和薄镜对不同象差的拟合误差，并从得到的计算数据中分析了薄镜面对象差的拟合误差、驱动器数量和驱动器排布方式之间的关系，以及薄镜的应力分布同驱动器排布方式的关系；（４）计算并得出了薄镜厚度值不同时的应力分布以及厚度对薄镜面拟合象差能力的影响。

模态振型拟合薄镜面变形分析

波前重构是主动光学的关键技术之一,分析了薄镜面的自由谐振模态振型的特点,以其为底基函数,拟合了薄镜面主镜的变形。首先,用有限元方法给出了主镜的前10阶模态振型图,把它们的RMS值归一化为1 000 nm,对比分析了主镜模态振型和Zernike多项式在圆域内的径向变特点。利用模态振型在环域内的正交性和完备性,采用最小二乘法拟合主镜变形,并与环域内的Zernike多项式拟合结果做了对比。分析结果表明,自由模式可以拟合波前变形,采用相同项数拟合主镜变形时,模态振型拟合主镜变形可以获得更小的残余误差。

620mm薄镜面主动光学望远镜校正实验

对620mm口径薄镜面主动光学望远镜进行了主镜面形校正和系统波像差校正实验。主镜支撑结构由轴向36个主动支撑点和侧向6个被动支撑点组成,其中轴向33个支撑点用于主动校正,3个作为虚拟硬点用于控制主镜空间位置;利用研制的Shack-Hartmann(S-H)传感器作为检测设备,采用最小二乘法计算校正力。实验中在对系统校正能力测试的基础上,选择了中低频Zernike像差参与校正。通过将S-H传感器固定在主镜曲率中心位置,完成了主镜在不同俯仰角下的面形校正,将初始状态约0.6λRMS校正到λ/12~λ/15 RMS。而后通过平行光管发出的星点目标,对望远镜系统进行了波像差校正,使系统波像差从初始约0.65λRMS校正到约0.2λRMS,分辨率由18lp/mm提高到45lp/mm。

薄镜面主动光学对光学像差的校正能力分析

建立了薄镜面主动光学的仿真模型,并进行了仿真分析,结果表明薄镜面主动光学可以对低频误差完成较好的校正.为了进一步验证,建立了一套薄镜面主动光学实验系统,开展了薄镜面主动光学实验.结果表明,通过主动光学校正可以把镜面面形校正到磨制时的面形即λ/10.同时发现,薄镜面主动光学对三阶像散和三阶球差的校正能力最好,三叶彗差的校正能力也较好,而三阶彗差最难校正,这对于磨制大型薄镜面具有一定的指导意义.

薄镜面力矩校正在自由谐振模式下的定标计算

薄镜面面形的主动校正方式主要分为力校正和力矩校正两种。在技术较为成熟的力校正基础上,为丰富和完善主动支撑技术,提出利用自由谐振模式定标法分析薄镜面的力矩校正能力。首先分析了薄镜的力矩校正在自由谐振模式下的波前拟合和水平校正力的定标计算方法。然后,以一块口径400mm薄镜作为分析对象,建立了相应的有限元模型,完成了该反射镜水平校正力的定标计算。最后,针对某一工况镜面变形,求解了相应的校正系数,通过计算,校正后镜面面形残余误差为5.4nm,校正效果明显。结果表明,薄镜面的力矩主动校正是可行的,提出的自由谐振模式定标计算方法也是合理的,为进一步开展力矩主动校正技术的研究提供了一种参考。

用于薄镜面主动光学的音圈力促动器设计

根据薄镜面主动光学存在的实际问题,提出了通过音圈电机对主镜镜面变形进行非接触面型校正的方法。讨论了音圈电机工作原理,基于音圈电机设计了一种非接触、高线性、体积小且控制方便的力促动器,并对其进行了仿真分析和实验验证。对常见类型力促动器结构进行对比,根据应用特点和音圈电机原理设计了该力促动器的总体结构,建立了物理模型与数学模型,根据应用要求提出了参数指标。最后,进行了实验验证。实验结果表明,该音圈力促动器是一个非接触式高线性系统,输出力可达±0.5N,在此范围内,线性度小于0.09%。

大口径天文薄镜面磨制试验

介绍了采用薄镜面主动支撑技术来加工大口径天文薄镜面的试验情况。试验镜为一弯月型球面反射镜,直径为1035mm,镜面曲率半径为3220mm,径厚比约为40∶1。在磨制过程中,有55个分离支撑点支撑在镜子背面。支撑点的位置与支撑力的大小通过有限元分析计算确定,其中3个为固定支撑点,另外52个为主动支撑点。每个支撑点位置设置了力促动器,调节力促动器加力的大小,可以主动改正镜面的低频误差。加工后最后达到的面形精度:λ=632.8nm,面形误差(RMS)小于等于λ/21.5,局部高频误差(RMS)小于等于λ/23。试验证明所采用的方法适合于大口径天文薄镜面的加工。

国家天文台大口径主动光学实验望远镜装置通过验收

国家天文台南京天文光学技术研究所承担的LAMOST关键技术预研究项目——“大口径主动光学实验望远镜装置”近日在南京顺利通过验收和成果鉴定。

Experimental Study on the Surface Modification of Ultra Thin DLC Films

Surface modification of Diamond-like carbon (DLC) films was carried out in order to estimate the reliability of the ultra thin DLC films. The wear resistance, conductivity and mechatronic reliability of the films were studied by contact atomic force microscope (AFM), electric force microscope (EFM) and conductive AFM. The failure mechanism of pits formed and the reason for conductivity changed of DLC films were examined.

郭守敬望远镜

综述及基本情况郭守敬望远镜(LAMOST)是一架由我国科学家自主创新设计、在技术上极具挑战性的大视场兼备大口径的新型光学天文望远镜,即“王-苏反射施密特望远镜”。作为国家重大科技基础设施之一,LAMOST在国际上首先发展了在一块镜面上同时实现几十块薄镜面的拼接和曲面形状的连续变化的主动光学技术,以及新的数千根光纤的快速定位技术,从而成为全球光学天文望远镜的一个里程碑。LAMOST在科学上开创了大规模的光谱巡天,成为目前世界上光谱获取率最高的望远镜,具有“光谱之王”的美誉。

Segmental dynamics near the chain end of polystyrene in its ultrathin films:a study by single-molecule fluorescence de-focus microscopy

Rotational motion of fluorophores chemically attached to polystyrene chain-ends in ultra-thin films on solid substrates was studied by single-molecule fluorescence de-focus microscopy.The collective feature of the rotational motion was found and evidenced by the sharp change of the population of fluorophores undergoing rotational motion within a very narrow temperature range(named as the changing temperature,T c).The T c value was found to depend on film thickness and interfacial chemistry and the variation of the T c value is also dependent on the molecular weight of the polymer.The results demonstrate that the spatial confinement effect enhances the segmental mobility near the polymer chain-ends while the interfacial attraction restricts the segmental motion inside the thin film.