大口径望远镜的衍射极限可见光成像

日前，《光电进展》杂志发表了一篇新论文，讨论了大口径望远镜的衍射极限可见光成像。 F+GQl  
PLD!BD  
c1i7Rc{q  
自适应光学中使用的可变形反射镜可以改变其表面，以即时校正光学系统的静态波前像差和大气湍流波前扰动。这使得光学系统能够自动适应环境的变化并保持最佳性能。高分辨率天文观测、激光大气传输和生物医学成像都广泛使用它。 ~X/T6(n$  
15COwc*k  
传统的天文自适应光学系统通常安装在独立于望远镜的平台上，主要由特殊的可变形反射镜、倾斜反射镜、波前传感器和中继光学元件等组成。由于有大量光学元件通过和长光路，该系统存在体积庞大、静态像差严重和光能利用率低的问题。 l-&f81W  
vjpe'zx  
因此，这种架构不利于在高空间和时间频率上测量和校正暗星的波前。 0:*$i(2  
<qBPN{'a"  
可变形次镜（DSM）的概念，需要将望远镜的次镜转化为可变形镜进行波前校正，最初是由美国天文学家贝克斯提出的，作为解决上述缺陷的一种手段。这一概念使望远镜和自适应光学系统能够深度整合。 s=:n<`Z2  
yAOC<d9 E  
从那时起，包括MMT、LBT、麦哲伦望远镜和VLT在内的众多知名的大孔径地面天文观测台都成功地利用了音圈变形副镜（VCDSM），这表明DSM技术的可行性。 V47Fp  
e042`&9=Ic  
eMs`t)
rQ  
与此同时，光学与电子研究所开始研究压电DSM（PDSM）技术。研究人员随后开发了第一个73单元PDSM原型，该原型于2016年成功安装在1.8米望远镜上，用于天空观测。 7?Fl [FW$  
wgrYZ^]  
结果表明，PDSM技术对于天文观测是实用的。与VCDSM相比，PDSM更紧凑，不需要任何额外的冷却系统、内部控制电子设备或执行器位置传感器。本文介绍了由光学与电子研究所开发的新的241单元PDSM及其在丽江天文台1.8米自适应望远镜上的应用，该望远镜得到了国家自然科学基金重点项目的支持。 m+gVGK  
gI]Vyg<{d  
PDSM-241配备了一个由石英制成的直径为320毫米的镜子，其净口径约为270毫米，由241个压电致动器驱动，以改变其表面进行波前校正。PDSM-241的自校正像差约为10纳米。 M`(xAVl  
*jYwcW"R{z  
丽江1.8米自适应望远镜的结构包括一个组合的波前校正装置，该装置结合了PDSM-241和Hexapod，可以实现大行程和极高精度的跟踪和高阶波前像差校正。1.8米望远镜的主镜反射了被大气湍流扭曲的恒星光束，然后由PDSM-241和Hexapod进行倾斜和高阶波前像差的校正。最后，第三镜将光束反射到波前传感器和位于 Nasmyth焦点的 高分辨率成像相机。  6?6 u  
R~`Y6>o~9:  
丽江1.8米自适应望远镜利用PDSM-241的高效闭环校正获得了恒星的高分辨率图像。显示了可见光R波段（中心波长640nm）的图像，其成像分辨率达到衍射极限的1.25倍，成像斯特列尔比（SR）接近0.5。 [f'7/w+  
, Le_PJY)  
为了满足大口径光学望远镜高集成度和高分辨率的需求，本研究在高性能压电变形副镜和天文观测应用的发展方面取得了令人瞩目的进展。这进一步简化了大口径高分辨率光学望远镜的结构，提高了成像分辨率，在天文学中具有重大的应用价值。 z, OMR`W  
ZrTq)BZ  
相关链接：https://phys.org/news/2023-10-diffraction-limited-visible-imaging-large-aperture.html