极大口径光学/红外望远镜的拼接子镜的检测方法 极大口径光学/红外望远镜的拼接子镜的检测方法

最小化 最大化

极大口径光学/红外望远镜的拼接子镜的检测方法与检测过程非常特殊:其一是数量多。对于30米口径的镜面,当拼接子镜的镜坯尺度取为1米左右时,拼接子镜的数量甚至多达上千块,因此加工检测周期长,测试必须长期稳定可靠。其二是非对称性。组成极大望远镜非球面主镜的子镜都是离轴形式的非球面镜,按照正六角形的蜂窝拼接形式时,绝大部分子镜没有对称中心和对称截面,检测时除了需要正确判断出镜面的面形误差以外,还需要精确地确定其在拼接整体中的位置。其三是子镜的种类多。按照正六角形的子镜形式拼接排列时,子镜种类达到总数量的六分之一,也就是说需要为一个主镜制造准备上百套的检测装置。其四是主镜的顶点曲率半径长,达到几十米的量级,按照常规的非球面的检测方式,检测光路长度与此相当,这种情况下,对于高精度要求的大口径镜面来说,气流将成为影响其面形检测精度的显著因素。

极大望远镜设计时,采用凸非球面副镜。因为在同样遮拦的情况下,凸副镜可放在主镜焦内,并明显地缩短主副镜之间的距离,减小望远镜总体尺寸、减小圆顶尺寸,最终极大地降低总体造价。由于凸面的法线并不汇聚于实点,检验时必须依靠辅助的镜面获得汇聚点以实施检验。当被检验镜口径较小的的时候,常常可以选择透明的低膨胀材料作镜坯,并利用工艺球面经过材料内部形成一个汇聚点,来检验凸非球面镜。在口径稍大的情况下,由于涉及到镜坯减重和支撑变形等问题,无法实施从内部透射作检验的方法,只有通过辅助的透射或反射系统来形成一个汇聚点。现有的方法对8-10米望远镜的1米左右的副镜尚可适用,对于极大望远镜3米级的副镜则有很大困难:其一,因为透射的辅助元件的尺寸通常比被检验镜略大或者接近,在口径大到3米时,透射材料的内部质量无法满足检测精度要求。其二,采用反射检验辅助镜时,例如用欣德尔(Hindle)法对凸双曲面检验,要求标准球面镜的口径很大,远远超出目前镜坯的极限尺度。其三,如果采用大口径凹全息透射板的方法,透射板的口径要求比被检验的凸副镜略大一些,虽然对透射全息板的内部要求可以降低,但全息图案的制作精度要求相当高,目前制作全息板的设备与所要求的差距太大,实施的可能性非常小。

围绕上述极大口径望远镜镜面的特点和难点,开展极大口径望远镜主副镜检测方法研究,寻求切实可行的途径,解决批量大口径离轴非球面和大口径凸非球面的检测难题。对我国研制极大口径光学和红外望远镜设计和研制具有现实意义。