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TMT望远镜三镜系统的研究进展 被引量:20
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作者 王富国 杨飞 +2 位作者 赵宏超 苏燕芹 陈宝刚 《中国光学》 EI CAS 2013年第5期643-651,共9页
介绍30 m望远镜(TMT)的相关背景以及我国在TMT项目中承担的任务。从TMT三镜系统的总体要求出发,论述了三镜系统的两个主要部分(M3CA和M3PA)的具体要求、技术难点以及初步方案。针对M3CA,介绍了底支撑方案和侧支撑方案,采用Kinematic的... 介绍30 m望远镜(TMT)的相关背景以及我国在TMT项目中承担的任务。从TMT三镜系统的总体要求出发,论述了三镜系统的两个主要部分(M3CA和M3PA)的具体要求、技术难点以及初步方案。针对M3CA,介绍了底支撑方案和侧支撑方案,采用Kinematic的底支撑方案时其面形精度RMS可以达到109.7 nm,SlopeRMS为0.95μrad,采用Kinematic的侧支撑方案时其面形精度RMS<15 nm,一阶谐振频率等于17.7 Hz,均达到了设计要求。针对M3PA,介绍了Tilt轴系和Rotator轴系的方案。最后,简要介绍了三镜控制系统(M3CS)的要求和目标。 展开更多
关键词 30 m望远镜 底支撑 侧支撑Tilt轴系 Rotator轴系
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30m望远镜的三镜Rotator组件轴承概念设计 被引量:6
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作者 苏燕芹 张景旭 +2 位作者 杨飞 王槐 陈宝刚 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1510-1517,共8页
针对美国30m望远镜(TMT)三镜系统在工作时的特殊要求,对三镜系统的Rotator组件轴承进行了设计,提出了在载荷连续变化条件下轴系的设计方法。通过分析该系统独特的运动和受力方式并对比现有大型望远镜结构形式,确定了三排滚柱支撑的轴系... 针对美国30m望远镜(TMT)三镜系统在工作时的特殊要求,对三镜系统的Rotator组件轴承进行了设计,提出了在载荷连续变化条件下轴系的设计方法。通过分析该系统独特的运动和受力方式并对比现有大型望远镜结构形式,确定了三排滚柱支撑的轴系方案及轴承结构参数。计算中将天顶角定义为变量,确定了轴承的最恶劣工况及此时的望远镜指向。采用了数值计算和有限元仿真的方法对这一条件下的轴承变形和应力同时进行校核,两种方法得到的结果符合得很好,证明了模型的正确性。结果表明,天顶角为0°~65°时,轴承在x、y、z方向上的变形不超过0.015mm,轴承倾角不超过1.7×10-5 rad,满足设计要求,并留有很大裕度。 展开更多
关键词 30m望远镜 三镜系统 轴承 三排滚柱 有限元法
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基于结构函数的大口径望远镜光机系统误差分配 被引量:6
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作者 杨飞 刘国军 安其昌 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期117-121,共5页
从结构函数的角度分析和研究了大口径望远镜光机系统的评价方法。分析了基于结构函数的系统误差传递特性,利用功率谱反演得到大气扰动的数值模拟,并建立了基于结构函数的系统误差分配方法。将本文的方法应用于长春光学精密机械与物理研... 从结构函数的角度分析和研究了大口径望远镜光机系统的评价方法。分析了基于结构函数的系统误差传递特性,利用功率谱反演得到大气扰动的数值模拟,并建立了基于结构函数的系统误差分配方法。将本文的方法应用于长春光学精密机械与物理研究所的1.23m口径望远镜进行了实验验证,结果证明了提出理论的正确性以及方法的可行性。最后将其应用于30m望远镜(TMT)三镜系统,研究了其在大气湍流下的印透效应,实验表明其在考虑了不同的视宁情况下,分辨印透峰的能力没有减弱。本文的研究对提高大口径望远镜的性价比,降低大口径望远镜在研制和使用过程中的技术风险颇有意义。 展开更多
关键词 30 m望远镜 大口径望远镜 光机系统 结构函数 误差分配
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30m望远镜三镜系统刚度分配与分析 被引量:13
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作者 杨飞 刘国军 +1 位作者 赵宏超 张景旭 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期152-159,共8页
为满足30m望远镜(TMT)三镜系统(M3S)对质量和刚度的要求,研究了合理分配该系统各部分刚度的方法。针对M3S的第一阶谐振频率不小于15Hz的要求,本文基于M3S的结构组成对模型进行适当地简化,然后使用前期设计数据建立了四质量点弹簧-质点... 为满足30m望远镜(TMT)三镜系统(M3S)对质量和刚度的要求,研究了合理分配该系统各部分刚度的方法。针对M3S的第一阶谐振频率不小于15Hz的要求,本文基于M3S的结构组成对模型进行适当地简化,然后使用前期设计数据建立了四质量点弹簧-质点模型。研究了三镜支撑系统支撑刚度的组成,使用特征值反解的方法得到了简化模型在6个广义方向上的刚度矩阵。最后,给出了系统中所有弹簧代表的刚度,并将这一简化模型和计算结果用来指导后期的结构设计和控制设计。使用运动学仿真软件Adams对分配结果进行了验证,验证结果显示,M3S各部分刚度配比合理,系统的基频能够达到15.1Hz,满足设计要求。采用本文的刚度分配方法,可以有效地提高系统设计的效率与合理性。 展开更多
关键词 30m望远镜 三镜系统 弹簧-质点模型 特征值反解 第一阶谐振频率 有限元方法
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30m望远镜三镜镜面面形误差的斜率均方根评价 被引量:14
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作者 王富国 安其昌 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1171-1175,共5页
由于传统的均方根方法在评价大口径反射镜时难以精确表达光学表面的中空间频率误差,本文提出了基于斜率均方根(SlopeRms)的误差评价方法来评价光学表面面形。该方法先以Zernike多项式拟合光学表面面形,在此基础上求解不同空间间隔上的... 由于传统的均方根方法在评价大口径反射镜时难以精确表达光学表面的中空间频率误差,本文提出了基于斜率均方根(SlopeRms)的误差评价方法来评价光学表面面形。该方法先以Zernike多项式拟合光学表面面形,在此基础上求解不同空间间隔上的斜率均方根。这种评价方法可以很好地区分小尺寸磨削工具造成的误差和大口径反射镜在多点支撑下造成的面形误差。文中建立了SlopeRms的数学模型,推导了SlopeRms的计算方法,并以此方法为基础对30m望远镜(TMT)三镜面形进行了评价。结果显示,采用斜率均方根的评价方法得到的光学表面面形值达到0.9μrad,优于传统的RMS评价方法(RMS=115nm),满足设计要求。结果显示,基于斜率均方根的误差评价方法能更加全面和客观地评价大口径反射镜面形,具有实际意义。 展开更多
关键词 光学检测 30m望远镜 表面面形 面形误差 斜率均方根 均方根
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PSSn在大口径望远镜误差评估中的应用 被引量:3
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作者 安其昌 张景旭 +1 位作者 杨飞 赵宏超 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第12期329-335,共7页
为了更好地对大口径望远镜进行误差分析以及分配,引入了由美国30 m望远镜(TMT)团队所提出的标准化点源敏感性(PSSn),来进行大口径望远镜的各项误差及其之间的协调与分配。为了更好地利用PSSn进行误差分配,首先根据其定义对PSSn的基本性... 为了更好地对大口径望远镜进行误差分析以及分配,引入了由美国30 m望远镜(TMT)团队所提出的标准化点源敏感性(PSSn),来进行大口径望远镜的各项误差及其之间的协调与分配。为了更好地利用PSSn进行误差分配,首先根据其定义对PSSn的基本性质进行了研究,论述了PSSn作为全频域评价指标的优越性,然后与传统的评价指标(波前均方根)进行了比较,重点分析了PSSn的合成特性以及合成误差的特点,之后利用Zernike多项式分析系统静态误差与PSSn的关系,得到了不同的Zernike系数与PSSn之间的关系。对于系统的动态载荷,利用功率谱结合光学传递函数的方法来研究系统的光学特性并对实际的大口径波前做出了仿真研究,得到系统的PSSn从0.996下降到0.991。所做的研究可以更好地理解大口径望远镜的误差特性,同时也可以帮助系统工程师对大口径望远镜的误差进行更好的分配。 展开更多
关键词 30 m望远镜 标准化点源敏感性 光学传递函数 机械振动
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巨型科学可控反射镜缩比模型系统抖动检测 被引量:1
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作者 安其昌 张景旭 +1 位作者 杨飞 赵宏超 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1392-1397,共6页
为了更好地对三十米望远镜三镜,即巨型科学可控反射镜(Giant Steerable Science Mirror,GSSM)的抖动(Jitter)特性进行研究,利用信号的复数表达分别分析了时域积分与频域积分的特性,明晰了二者之间的关系,并从积分精度的角度上,选择频域... 为了更好地对三十米望远镜三镜,即巨型科学可控反射镜(Giant Steerable Science Mirror,GSSM)的抖动(Jitter)特性进行研究,利用信号的复数表达分别分析了时域积分与频域积分的特性,明晰了二者之间的关系,并从积分精度的角度上,选择频域积分作为GSSM Jitter数据的处理方法。同时,对比了高精度编码器以及高精度加速度计对抖动测量的适用性,验证了使用加速度计测量的合理性。针对GSSM内部振动的影响,选择频响函数法测量内部作用力。最后,对GSSM缩比模型进行了Jitter检测,得到镜面方向Jitter为0.079 7μm,方位轴方向为14.143 2 mas,俯仰轴方向为20.747 5mas,内部作用力为0.003 3N。 展开更多
关键词 三十米望远镜 三镜 抖动测量 频域积分 加速度计
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30 m望远镜三镜系统初步设计与分析
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作者 赵宏超 张景旭 +1 位作者 杨飞 安其昌 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期357-362,共6页
为保证30 m望远镜(thirty-meter telescope,TMT)聚集的光线顺利进入各个终端设备,设计了一套适用于30 m望远镜的精密跟踪指向三镜系统.该系统包含有基于Whiffle-tree原理的三镜支撑系统设计和采用地平式结构的跟踪指向系统设计2两个部分... 为保证30 m望远镜(thirty-meter telescope,TMT)聚集的光线顺利进入各个终端设备,设计了一套适用于30 m望远镜的精密跟踪指向三镜系统.该系统包含有基于Whiffle-tree原理的三镜支撑系统设计和采用地平式结构的跟踪指向系统设计2两个部分.通过参数化建模手段,在ANSYS中建立了系统的详细模型,联合Matlab完成了98个主要工况下的静力学分析后,对镜面面形结果以及结构变形情况进行了统计总结.最后将面形误差引入到ZEMAX中,分析了三镜面形变化对光学调制传递函数的影响.结果表明:98个工况下三镜位置与理想位置最大偏差为1.28 mm,系统的第一阶谐振频率为15.1 Hz,各工况下三镜面形精度均满足指标要求.三镜面形误差对系统MTF影响较大,但通过主镜主动光学校正后可以明显提高成像质量,满足使用要求.通过分析可知,该方案能够满足30 m望远镜项目的需求.探索与解决巨型望远镜的这些技术问题能够大大提高中国在超大口径光学望远镜上的设计和制造能力,并为建设中国下一代巨型望远镜积累丰富的经验. 展开更多
关键词 30 m望远镜 系统级分析 面形精度 调制传递函数
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GSSM缩比模型子孔径拼接误差分析(英文)
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作者 安其昌 张景旭 +1 位作者 杨飞 赵宏超 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期196-208,共13页
巨型科学可控反射镜(GSSM)缩比模型(GSSMP)的子孔径拼接误差的分析可以指导GSSM的面形检测工作.GSSMP子孔径拼误差包括子孔径刚体位移误差以及中频扰动.对子孔径刚体位移误差而言,合理的靶标布置以及最小二乘算法的使用,可将误差量级降... 巨型科学可控反射镜(GSSM)缩比模型(GSSMP)的子孔径拼接误差的分析可以指导GSSM的面形检测工作.GSSMP子孔径拼误差包括子孔径刚体位移误差以及中频扰动.对子孔径刚体位移误差而言,合理的靶标布置以及最小二乘算法的使用,可将误差量级降低到计算机可分辨的最低程度,即不引入算法误差;同时也降低了对测试执行部件的精度要求.对中频扰动误差而言,可结合标准平面镜与干涉仪对实验环境中大气湍流的影响进行估计.除此之外,对子孔径拼接顺序带来的误差进行分析.最后,基于三十米望远镜的面形评价方法,即斜率均方根对上述误差进行换算表征.算法修正后,子孔径对准误差为10^(-6)μrad、子孔径平移误差为10^(-6)μrad、子孔径倾斜误差为10^(-6)μrad以及大气扰动误差为0.04μrad.利用信噪比来表征拼接顺序所带来的影响,使用一个子孔径作为基准进行拼接的情况下,拼接顺序带来的影响小于2%.本文的拼接算法,可以在较低的机械精度下,利用靶标对准与合理的拼接顺序,达到较高的拼接精度. 展开更多
关键词 三十米望远镜 巨型科学可控反射镜原理样机 误差分析 子孔径拼接
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基于Gabor变换的大型望远镜跟踪镜的轴承抖动分析 被引量:1
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作者 韩琳楚 张景旭 杨飞 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第23期263-267,共5页
为了解决传统抖动分析方法在TMT(Thirty Meter Telescope,30m望远镜)三镜轴承上的局限性,提出了利用Gabor变换作为抖动性质及信号特性的评价方法。介绍了多加速度计的位置分布及连接方式,详细说明了加速度计在俯仰轴及方位轴上抖动信号... 为了解决传统抖动分析方法在TMT(Thirty Meter Telescope,30m望远镜)三镜轴承上的局限性,提出了利用Gabor变换作为抖动性质及信号特性的评价方法。介绍了多加速度计的位置分布及连接方式,详细说明了加速度计在俯仰轴及方位轴上抖动信号的测试过程。在抖动信号数据处理中比较了时间序列法和周期图法的不足,提出了Gabor变换的新方法,Gabor变换可以截取任意时间段上的频谱信息的性质,在时-频域上分析信号的特征,使抖动分析更加真实可靠。最终在某2m级望远镜轴承上做了抖动测量实验,从实验结果可以看到2s内的频率特性曲线,接近0 Hz的低频扰动比较敏感,50 Hz噪声扰动一直存在,470Hz的高频信号时续时断。当轴承顺时针转动时,1 s时有很明显的噪声信号;轴承反向转动时,1.5s^2s时噪声信号突出,降噪后低频噪声依然存在,但高阶频率被激励,保证了信号的真实性.Gabor变换的信号处理方法对于今后大型光电望远镜轴承抖动检测的研究具有一定借鉴意义。 展开更多
关键词 30m望远镜 大型轴承 抖动测量 加速度计 GABOR变换
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30m望远镜宽视场光谱仪支撑结构选型研究
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作者 郑凌宇 张大旭 +4 位作者 AMAN·Shrestha 宋振森 高圣彬 徐腾 许明明 《机电工程》 CAS 北大核心 2020年第9期1020-1025,1038,共7页
针对30 m望远镜宽视场光谱承载能力与轻量化程度低的问题,对于已有的桁架支撑结构方案,提出了宽视场光谱仪板壳支撑结构方案。建立了两者的有限元模型,分别从质量、变形、应力与基频等方面对铟钢桁架和铟钢板壳结构性能进行了评价,利用... 针对30 m望远镜宽视场光谱承载能力与轻量化程度低的问题,对于已有的桁架支撑结构方案,提出了宽视场光谱仪板壳支撑结构方案。建立了两者的有限元模型,分别从质量、变形、应力与基频等方面对铟钢桁架和铟钢板壳结构性能进行了评价,利用等刚度理论确定了碳纤维复合材料板壳结构的构件厚度,并与铟钢板壳结构的性能进行了对比。研究结果表明:碳纤维复合材料板壳支撑主结构质量为1.93 t,最大相对位移为0.286 mm,最大应力为30.94 MPa,基频为7.98 Hz,均满足设计要求,是宽视场光谱仪支撑结构的理想形式,对大口径望远镜光学仪器支撑结构选型与设计具有指导意义。 展开更多
关键词 30 m望远镜 宽视场光谱仪 结构选型 有限元分析
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Evaluation of the Performance of the GSSM Under Vibration Based on Normalized Point Source Sensitivity
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作者 Qichang An Jingxu Zhang +1 位作者 Fei Yang Hongchao Zhao 《Journal of Harbin Institute of Technology(New Series)》 EI CAS 2017年第5期82-87,共6页
Giant Steerable Science Mirror( GSSM) is the tertiary mirror of the Thirty Meter Telescope( TMT).To evaluate the performance of the GSSM under the mechanical vibration,the Normalized Point Source Sensitivity( PSSn) is... Giant Steerable Science Mirror( GSSM) is the tertiary mirror of the Thirty Meter Telescope( TMT).To evaluate the performance of the GSSM under the mechanical vibration,the Normalized Point Source Sensitivity( PSSn) is used to understand and characterize the optical performance degradation. First and foremost,the definition of the PSSn is shown and the calculation procedure of the PSSn at the work condition where the telescope aberration is much smaller than seeing is presented to reveal the relationship between PSSn and seeing.Then,the optical degradation due to vibration is achieved by the two methods: one is the statistics moment for the arbitrary froms of vibration and other one is spectrum method for wind load. After the theoretical presence,the simulation is processed. The multi-axis-accelerometers are used to achieve the motion of the mirror. After integrated to displacement signal,the measured signal is applied to the mathematical model of the GSSM and the optical performance degradation under certain mechanical vibration can be achieved. The PSSN flows from 0.996 to 0.994 under some dynamic vibration. And then,the wind load is applied to the mathematical model using spectrum method with the PSSN flows from 0.996 to 0.991. This paper can help the system engineers to predict the performance of the GSSM in various work condition. What is more,PSSn is able to be combined just by simple multiplication,so the optical performance degradation can be easily co-considered with other error sources. 展开更多
关键词 thirty meter telescope Normalized POINT SOURCE Sensitivity optical TRANSFER function mechanical VIBRATION
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TMT三镜缩比系统支撑点位置优化 被引量:2
13
作者 郭鹏 张景旭 +1 位作者 杨飞 赵宏超 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2015年第11期198-203,共6页
三十米望远镜(TMT)的三镜(M3M)及其缩比反射镜(M3MP)为椭圆形反射镜,采用18点whiffletree支撑结构。总结了望远镜支撑点优化方法的发展,并采用多学科集成优化软件ISight对M3MP进行了支撑点优化。优化的目标函数选取M3MP在光轴竖直状态... 三十米望远镜(TMT)的三镜(M3M)及其缩比反射镜(M3MP)为椭圆形反射镜,采用18点whiffletree支撑结构。总结了望远镜支撑点优化方法的发展,并采用多学科集成优化软件ISight对M3MP进行了支撑点优化。优化的目标函数选取M3MP在光轴竖直状态下的镜面面形误差Slope RMS值,优化算法采用全局优化算法模拟退火算法。最终面形误差Slope RMS相较初始点下降了14.3%,结果表明优化方法有效。 展开更多
关键词 光学设计 三十米望远镜 缩比系统 支撑点 优化 模拟退火
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TMT宽视场光谱仪准直镜系统的相似动力学分析与试验研究
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作者 彭元镜 许明明 +3 位作者 陈忆 胡中文 季杭馨 王磊 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2021年第14期372-378,共7页
大型光机仪器难以在短期内实现加工,为了验证仪器设计的正确性,利用相似模型试验替代原型研究。基于相似定理,推导了三十米望远镜(TMT)宽视场光谱仪准直镜系统原型和缩尺模型之间的相似关系;建立了准直镜系统原型的有限元模型及1∶3缩... 大型光机仪器难以在短期内实现加工,为了验证仪器设计的正确性,利用相似模型试验替代原型研究。基于相似定理,推导了三十米望远镜(TMT)宽视场光谱仪准直镜系统原型和缩尺模型之间的相似关系;建立了准直镜系统原型的有限元模型及1∶3缩尺模型的有限元模型,对二者进行了模态分析和面形分析,并对缩尺模型实物进行了相似模型试验和分析。研究结果表明,在1∶3的缩尺比例下,准直镜系统缩尺模型与原型的振型相似性符合理论分析结果;在工作环境下,缩尺模型的表面波前误差的均方根值为0.065λ(λ为波长)。模型试验结果证明准直镜系统的缩尺模型满足光学系统的工作要求。利用缩尺模型能够预测原型动态响应及面形变化,为后续项目的正式研究提供技术积累。 展开更多
关键词 测量 三十米望远镜 宽视场光谱仪 准直镜系统 相似动力学分析 相似模型试验
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大口径望远镜中三镜技术现状及发展趋势 被引量:3
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作者 杨飞 王富国 +1 位作者 陈宝刚 张丽敏 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2013年第5期59-65,共7页
为了充分了解三镜在大口径望远镜系统中体现的功能,满足口径日益增大的望远镜系统研制要求,对国内外大口径望远镜中应用的三镜系统进行技术性的调研和总结。从望远镜光学系统结构发展、口径变化、功能要求等三方面对三镜系统进行详细的... 为了充分了解三镜在大口径望远镜系统中体现的功能,满足口径日益增大的望远镜系统研制要求,对国内外大口径望远镜中应用的三镜系统进行技术性的调研和总结。从望远镜光学系统结构发展、口径变化、功能要求等三方面对三镜系统进行详细的技术阐述,并结合三十米望远镜(TMT)三镜系统的概念设计进行了具体的技术说明。结果表明,三镜在望远镜系统,尤其是大口径望远镜中的作用越来越突出,并且随着望远镜技术的发展,对三镜系统赋予的功能要求也越来越丰富与严格。 展开更多
关键词 光学设计 三镜系统 三镜支撑技术 大口径望远镜 三十米望远镜
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三十米望远镜三镜底支撑的优化设计 被引量:1
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作者 王富国 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2013年第9期154-158,共5页
三十米望远镜(TMT)是一台Ritchey-Chrétien(R-C)式的30m口径光学红外望远镜,其三镜为椭圆形平面镜,口径为3.594m×2.568m,重量达到1.8t,三镜系统需要把来自次镜的光折转到望远镜两侧耐氏平台上的一系列科学仪器上,具有跟踪和... 三十米望远镜(TMT)是一台Ritchey-Chrétien(R-C)式的30m口径光学红外望远镜,其三镜为椭圆形平面镜,口径为3.594m×2.568m,重量达到1.8t,三镜系统需要把来自次镜的光折转到望远镜两侧耐氏平台上的一系列科学仪器上,具有跟踪和快速定向功能。三镜支撑系统必须保证镜面面形优于λ/5(波长λ=632.5nm)或者均方根(RMS)斜度小于1μrad。支撑系统包括底支撑系统和侧支撑系统,底支撑系统采用18点Whiffletree结构,通过优化分析,面形RMS值达到118.5nm。针对三镜在支撑结构作用下的面形不能满足设计要求的特点,提出了采用力矩进行校正的方法,使镜面面形满足了设计要求。 展开更多
关键词 光学设计 三十米望远镜 三镜 底支撑 优化设计
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