全铝全自由曲面离轴两反望远镜的设计与制造
阐述了一种新型全铝全自由曲面离轴两反可见光望远镜的设计、加工、检测与装调过程,可以为全自由曲面反射式成像光学系统的研制提供依据。
目前,自由曲面成像光学系统研制所面临的最大挑战是自由曲面的检测,其直接制约了自由曲面的加工精度。我们采用基于CGH的零位补偿干涉检测方法,对两片自由曲面反射镜的面型进行了高精度检测。如图5(a)所示,为方便检测光路的搭建,所采用的CGH元件由三个区域组成,包括主区域、对准区域和基准区域。主区域CGH用于自由曲面面型的干涉测量。对准区域CGH用于干涉仪和CGH元件的对准。基准区域CGH则可以在自由曲面的特定位置投影多个基准光点,以方便调整自由曲面和CGH的相对位姿。以自由曲面反射镜M2的检测为例,我们采用光线追迹法直接计算各区域CGH的相位分布,如图5(b)所示: (2) 其中,Φmain、Φalignment和Φfiducial分别是主区域、对准区域和基准区域CGH的相位,Fs是干涉仪的焦点,λ是干涉仪的工作波长,n是CGH基板材料的折射率,T是反射镜有效区域外指定的投影位置,P是自由曲面上的点,T1、Q1和P1是CGH元件CGH表面上的点,而T2、Q2和P2是CGH元件另一表面上的点。主区域CGH的相位分布如图5(c)所示。振幅型CGH元件的二值化条纹图样如图5(d)所示,其中最小条纹线宽为39.6μm,可以很容易地采用激光直写技术制造,线宽精度可以达到±0.5μm。 图 5.用于M2检测的CGH设计结果 振幅型CGH元件的实物如图6(a)所示,其用于M2的零位补偿干涉检测,如图6(b)所示。M2的面型检测结果如图6(c)所示,面型误差是RMS 0.032λ、PV 0.19λ,其中λ是632.8nm,满足可见光成像的加工精度要求。 图6.M2检测结果 |
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