天文望远镜无偏消旋镜装调方案设计及验证
发布时间：2022-01-16 22:42
地平式天文望远镜在跟踪观测过程中,因方位轴与地球自转轴不重合及库徳光路中的折轴反射镜在望远镜跟踪过程中相对转动,会引入物方及像方视场旋转。传统的消旋K镜可以消除视场旋转,但会带来较大的仪器偏振,不利于望远镜实现高精度偏振测量。无偏消旋镜由5块反射镜组成,通过优化设计可以保证在消除像旋的同时减小仪器偏振,但其不规则的结构设计使装调过程面临新的挑战。针对无偏消旋镜提出双光路自准直装调方案,基于MATLAB仿真分析了镜面误差及光轴偏差对装调结果的影响,并对无偏消旋镜进行实验室装调及偏振检测。结果表明:无偏消旋镜经装调后倾斜误差可控制在15 arcsec以内,其仪器偏振明显低于传统K镜。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
无偏消旋镜的示意图
1)寻找电机旋转轴。在电机上安装具有二维调节功能的参考平面镜(RM),基于透射光路laser→FM1→PBS→FM2→BS1→RM→BS1→FM3→lens→detector,探测器实时记录电机旋转过程中光斑的运动轨迹,调节RM,使电机转动一周时RM反射光斑在探测器上所画圆的直径最小,从而实现RM法线与电机旋转轴平行。此时,RM法线即为电机旋转轴。2) 光轴与电机旋转轴的平行调节。利用透射光路laser→FM1→PBS→FM2→BS1→CC1(或RM)→BS1→FM3→lens→detector进行调节,其中角锥棱镜1(CC1)的回射光为光轴参考位置[14-15]。调节折轴反射镜FM2使CC1的回射光与RM反射光在探测器上的间距最小,此时光轴与RM法线平行,从而间接实现了系统光轴与电机旋转轴平行。
图3给出了在光轴绕y轴旋转不同角度γ的情况下,探测光斑随电机旋转一周的运动轨迹。图3(a)为M3、M4无旋转误差情况下的仿真结果,即α3=α4=β3=β4=0,可知:当M3、M4以及光轴均不存在旋转误差时,探测光斑不随电机转动;当M3、M4无误差但光轴存在旋转误差时,探测光斑运动轨迹为两个直径相同的同心圆,同心圆半径为光轴绕y轴的旋转误差γ。图3(b)、(c)分别为M4无误差M3旋转误差为10 arcsec、M3无误差M4旋转误差为10 arcsec情况下的仿真结果,可知:当M3或M4存在旋转误差时,探测光斑的运动轨迹为两个不同大小的圆,而且随着光轴误差γ不断减小,两个圆的大小差异愈加显著。图4给出了光轴误差γ为10 arcsec、M4无误差情况下,M3绕x轴和y轴旋转不同的角度误差(1 arcsec、5 arcsec、10 arcsec)时,探测光斑随电机旋转一周的运动轨迹。其中,图4(a)、(b)分别为M3绕x轴、y轴旋转的仿真结果。可以发现:M3绕x轴旋转时,像面轨迹基本无明显变化;M3绕y轴旋转时,像面轨迹显著变化,而且旋转误差越大,两个圆的差异越大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]天文望远镜消旋K镜光学结构设计及分析[J]. 魏烨艳,王东光,梁明,侯俊峰,邓元勇,张志勇,孙英姿. 中国激光. 2016(03)
[2]角锥棱镜的入射角及有效反射面积分析[J]. 焦仲科,岳永坚. 半导体光电. 2014(05)
[3]基于非线性最小二乘拟合法的Mueller矩阵椭偏仪[J]. 侯俊峰,王东光,邓元勇,孙英姿,张志勇. 中国激光. 2013(04)
[4]实时图像的电子消旋系统[J]. 曾祥萍,杨涛. 光电工程. 2005(10)
[5]实时电子图像消旋系统[J]. 徐正伟,王军宁,吴成柯. 红外与毫米波学报. 1997(05)
[6]1.2米地平式望远镜视场的旋转[J]. 熊耀恒,冯和生. 云南天文台台刊. 1991(04)
[7]斯托克斯参数与天体向量磁场测量[J]. 叶式煇. 天文学进展. 1987(01)
硕士论文
[1]望远镜消旋系统研究[D]. 郭鹏.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2013
[2]1.2米地平式望远镜视场旋转研究与消旋[D]. 鞠青华.中国科学院研究生院（云南天文台） 2008
本文编号：3593559
【文章来源】：中国激光. 2020,47(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
无偏消旋镜的示意图
1)寻找电机旋转轴。在电机上安装具有二维调节功能的参考平面镜(RM),基于透射光路laser→FM1→PBS→FM2→BS1→RM→BS1→FM3→lens→detector,探测器实时记录电机旋转过程中光斑的运动轨迹,调节RM,使电机转动一周时RM反射光斑在探测器上所画圆的直径最小,从而实现RM法线与电机旋转轴平行。此时,RM法线即为电机旋转轴。2) 光轴与电机旋转轴的平行调节。利用透射光路laser→FM1→PBS→FM2→BS1→CC1(或RM)→BS1→FM3→lens→detector进行调节,其中角锥棱镜1(CC1)的回射光为光轴参考位置[14-15]。调节折轴反射镜FM2使CC1的回射光与RM反射光在探测器上的间距最小,此时光轴与RM法线平行,从而间接实现了系统光轴与电机旋转轴平行。
图3给出了在光轴绕y轴旋转不同角度γ的情况下,探测光斑随电机旋转一周的运动轨迹。图3(a)为M3、M4无旋转误差情况下的仿真结果,即α3=α4=β3=β4=0,可知:当M3、M4以及光轴均不存在旋转误差时,探测光斑不随电机转动;当M3、M4无误差但光轴存在旋转误差时,探测光斑运动轨迹为两个直径相同的同心圆,同心圆半径为光轴绕y轴的旋转误差γ。图3(b)、(c)分别为M4无误差M3旋转误差为10 arcsec、M3无误差M4旋转误差为10 arcsec情况下的仿真结果,可知:当M3或M4存在旋转误差时,探测光斑的运动轨迹为两个不同大小的圆,而且随着光轴误差γ不断减小,两个圆的大小差异愈加显著。图4给出了光轴误差γ为10 arcsec、M4无误差情况下,M3绕x轴和y轴旋转不同的角度误差(1 arcsec、5 arcsec、10 arcsec)时,探测光斑随电机旋转一周的运动轨迹。其中,图4(a)、(b)分别为M3绕x轴、y轴旋转的仿真结果。可以发现:M3绕x轴旋转时,像面轨迹基本无明显变化;M3绕y轴旋转时,像面轨迹显著变化,而且旋转误差越大,两个圆的差异越大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]天文望远镜消旋K镜光学结构设计及分析[J]. 魏烨艳,王东光,梁明,侯俊峰,邓元勇,张志勇,孙英姿. 中国激光. 2016(03)
[2]角锥棱镜的入射角及有效反射面积分析[J]. 焦仲科,岳永坚. 半导体光电. 2014(05)
[3]基于非线性最小二乘拟合法的Mueller矩阵椭偏仪[J]. 侯俊峰,王东光,邓元勇,孙英姿,张志勇. 中国激光. 2013(04)
[4]实时图像的电子消旋系统[J]. 曾祥萍,杨涛. 光电工程. 2005(10)
[5]实时电子图像消旋系统[J]. 徐正伟,王军宁,吴成柯. 红外与毫米波学报. 1997(05)
[6]1.2米地平式望远镜视场的旋转[J]. 熊耀恒,冯和生. 云南天文台台刊. 1991(04)
[7]斯托克斯参数与天体向量磁场测量[J]. 叶式煇. 天文学进展. 1987(01)
硕士论文
[1]望远镜消旋系统研究[D]. 郭鹏.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2013
[2]1.2米地平式望远镜视场旋转研究与消旋[D]. 鞠青华.中国科学院研究生院（云南天文台） 2008
本文编号：3593559
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