Integrated Test System for Large-aperture Telescopes Based on Astrophotonics Interconnections

This study aims to improve the integrated testing of large-aperture telescopes to clarify the fundamental principles of an integrated testing system based on astrophotonics.Our demonstration and analyses focused on element-position sensing and modulation based on spatial near-geometric beams,high-throughput step-difference measurements based on channel spectroscopy,distributed broadband-transmittance testing,and standard spectral tests based on near-field energy regulation.Comprehensive analyses and experiments were conducted to confirm the feasibility of the proposed system in the integrated testing process of large-aperture telescopes.The results demonstrated that the angular resolution of the light rays exceeded 5arcsec,which satisfies the requirements for component-position detection in future large-aperture telescopes.The measurement resolution of the wavefront tilt was better than 0.45μrad.Based on the channel spectral method—which combined a high signal-to-noise ratio and high sensitivity,along with continuous-spectral digital segmentation and narrowband-spectral physical segmentation—a resolution of 0.050μm and a range of 50μm were obtained.After calibration,the measurement resolution of the pupil deviation improved to exceed 4%accuracy,and the transmission measurements achieved a consistency of over 2%accuracy.Regarding fringe-broadband interferometry measurements,the system maintained high stability,ensuring its operation within the coherence length,and robustly detected the energy without unwrapping the phase.The use of a projector for calibrating broadband-spectrum measurements led to a reduction in contrast from 0.8142 to 0.6038,which further validates the system's applicability in the integrated testing process of large-aperture telescopes.This study greatly enhanced the observational capabilities of large-aperture telescopes while reducing the integrated system's volume,weight,and power consumption.

空间引力波探测望远镜指向偏差地面高精度测量技术研究

星载望远镜是实现空间引力波探测的核心组成部分。由于各星座之间传输距离达到109 m量级,对望远镜指向精度提出了nrad量级的严苛要求,而指向偏差高精度测量和定标就成为实现空间引力波探测星载望远镜高精度指向的前提。为实现星载望远镜指向偏差地面测试及传感器定标需求,本文提出基于哈特曼原理的新型指向偏差高精度测量方法,采用多子孔径空间复用思想降低各类随机误差对测量精度的影响,显著提升了指向偏差测量精度。本文根据传感器参数与指向偏差测量精度之间的定量关系,对哈特曼传感器参数进行了分析优化,并分析了星载望远镜指向偏差测量精度。研究结果表明:采用基于哈特曼原理的多子孔径空间复用方法,可以实现对星载望远镜指向偏差0.62nrad的高精度测量,为空间引力波探测望远镜地面测试及在轨传感器定标提供了可行途径和参考。

基于强化学习的空间引力波探测望远镜系统外杂光抑制研究

引力波望远镜其收集的空间目标光信号能量远小于杂散光能量,为了保证引力波望远镜的正常工作,需要保证较好的杂光抑制效果。又由于散射光线的不确定性,光机系统本身的复杂性,杂光抑制方案的确定往往需要复杂的数学公式计算以及丰富的经验与充足时间进行仿真迭代。本文提出了一种基于强化学习的杂光抑制策略,针对空间引力波探测望远镜系统中的环境杂光问题,采用蒙特卡洛光线追迹方法进行分析和处理。通过制定有效的杂光抑制措施,实现了对该系统中杂光的有效控制。仿真结果验证了该方法在空间引力波探测望远镜系统中杂光抑制方面的优异性能,展示了其具有良好杂光抑制效果的潜力。这一研究为解决空间引力波探测和其他高精度光学系统中的杂光问题提供了一种高效、灵活的新方法,具有广泛的应用潜力。

空间引力波星载望远镜测试与评估技术研究进展

在空间引力波探测任务中,星载望远镜承担太空超长干涉光路双向光束准直的重要作用。空间引力波探测对星载望远镜提出了pm级光程稳定性和低于10^(-10)级后向杂散光水平的极高要求。超高水平指标要求超过了当前测试技术的精度极限,因此,针对星载望远镜发展测试与评估技术并开展系统超高精度测试是空间引力波探测计划成功的重要前提。本文在概述国内外在研的空间引力波探测星载望远镜研制情况的基础上,重点围绕星载望远镜的核心技术指标——光程稳定性和后向杂散光,介绍了在研望远镜的测试技术发展现状和已经取得的部分测试成果,以及各研究单位进一步的测试计划,为我国的空间引力波探测的星载望远镜测试与评估技术发展提供参考。

星载望远镜消光材料积分散射特性测试研究(英文)

在散射理论的基础上,介绍了一种星载望远镜消光材料积分散射特性测试装置,实现对星载望远镜消光材料散射特性更为全面的测量。对积分散射理论、系统构造、系统性能进行了阐述。对系统进行建模仿真分析,得到结论:消光材料的散射特性在不同点位和入射角下存在明显差异,系统能够测量多种条件下消光材料的散射特性,并得到消光材料全面的散射特性分布。研究结果为根据消光材料特性进行针对性设计提供了更全面、更准确的散射特性分布,为杂散光的测量与抑制、高性能光学仪器的研制与装调以及计算光学等领域的研究提供了参考。为空间引力波探测星载望远镜系统的材料选型、特性研究、杂散光分析与抑制提供了基础。

基于筋板式基结构的大口径空间反射镜构型设计的拓扑优化方法

针对大口径空间光学反射镜对轻量化的需求,提出了基于筋板式基结构的大口径空间反射镜构型设计的拓扑优化方法。该方法利用基结构拓扑优化的思想,将反射镜初始设计域限定为筋板式的反射镜基结构,通过各筋板的有无描述结构构型的变化。首先,借鉴连续体结构拓扑优化的思想,以壳单元离散筋板结构,以加筋板各单元的相对密度为设计变量(通过相对密度取1或0,描述该单元所在区域的筋板是否存在),以光轴竖直工况下镜面面形误差为设计约束,镜体的质量最小为优化目标,建立了镜体结构构型设计的拓扑优化模型;然后,以拓扑优化所得构型为基础,提取并形成结构概念构型;最后,采用有限元法进行动静刚度分析与光学性能分析,并对结构进行修正,形成性能更好、满足要求的反射镜轻量化结构创新构型。文中的设计实例得到的反射镜镜面面形误差PV值小于λ/10,RMS值小于λ/40,第一阶自振频率大于1 000Hz,轻量化率达到86.0%。得到的结果验证了本文方法的有效性。