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我国巨型太阳望远镜关键技术取得新突破

  • 2021-10-27 21:39:35
  • 来源:科技日报
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拼接镜面的共相保持技术,是超大口径天文望远镜实现衍射极限成像的关键。记者26日从中科院云南天文台获悉,该台天文技术实验室与南京航空航天大学合作,首次在实验平台上实现了大口径天文望远镜两镜拼接系统的共相保持,验证了环形拼接主镜闭环控制实现共相保持的可行性。相关结果发表在国际期刊《应用光学》上。

环形拼接主镜方案是中国巨型太阳望远镜(CGST)主镜的重要备选方案之一。基于环形主镜的光学设计,很好地解决了大太阳望远镜热控和高精度磁场测量之间的矛盾,而环形主镜只能采用近似梯形子镜拼接的方式。前期研究表明,环形主镜的拼接方案需要子镜边缘传感器和子镜倾斜传感器联合探测的方式才有可能实现共相保持。

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(a)两镜主动光学实验系统 (b)两块半圆形子镜拼接而成的拼接镜 (c)子镜倾斜测量系统微透镜阵列与光瞳匹配示意图 云南天文台供图

为了验证环形主镜拼接主动控制方案的可行性,更好地推进中国巨型太阳望远镜的研制进程,云南天文台天文技术实验室高级工程师戴懿纯等人联合南京航空航天大学杨德华教授,共同研制了两镜系统主动光学实验平台。

两镜系统主动光学平台主镜由两块半圆形子镜构成,在拼接方式上此实验系统与环形拼接望远镜相似,研究团队首次采用机电型子镜边缘高度测量与光学型子镜倾斜测量结合的控制方式,并通过系统集成建模和实测系统动态特性的分析方法,利用积分控制器成功实现了两镜系统的共相保持。在100分钟的共相保持实验中,镜面误差均方根值保持在18纳米,子镜间倾斜误差均方根值保持在0.012弧秒,子镜间平移误差的均方根值保持在6.15纳米。共相保持闭环调整带宽为0.05赫兹,能够满足拼接镜面主动光学校正的基本要求。

这个光学测量方案,利用位于子镜内部的探测子孔径提取子镜的倾斜信息,还可利用子镜拼缝上的子孔径进行子镜边缘高度的光学定标和实时光学测量,将有望实现子镜的共相保持,从而避免周期性的拼接镜面望远镜主动调整,或可极大缩短主动调整周期,从而简化拼接镜面主动光学的实施过程。