近期，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所副研究員左恒團(tuán)隊(duì)提出了一種基于光學(xué)等厚干涉原理的拼接共相邊緣檢測方法。該方法可以從原理上避免溫漂、時(shí)漂及電噪聲等誤差干擾，并可以簡化拼接共相過程，實(shí)時(shí)獲得相鄰子鏡間的絕對(duì)位姿誤差。相關(guān)研究成果作為封面文章發(fā)表在《光學(xué)學(xué)報(bào)》上。

《光學(xué)學(xué)報(bào)》封面

　　建造更大口徑的天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是天文光學(xué)技術(shù)的重點(diǎn)研究方向。然而，隨著鏡面尺寸增大，會(huì)帶來制造、加工、裝調(diào)等技術(shù)方面的難題。主動(dòng)光學(xué)拼接鏡面技術(shù)是突破傳統(tǒng)單鏡面光學(xué)望遠(yuǎn)鏡口徑限制的有效方法：將大鏡面采用大量小鏡面拼接而成，可解決制造上的技術(shù)難題，且節(jié)約成本。對(duì)于大口徑拼接鏡面天文望遠(yuǎn)鏡來說，只有實(shí)現(xiàn)子鏡拼接共相，才能真正發(fā)揮其高分辨性能和效率的最大威力，達(dá)到衍射極限性能。共相的精度取決于邊緣傳感器的測量精度。邊緣傳感器位于相鄰拼接子鏡邊緣，可精確測量子鏡間的相對(duì)剛體自由度的位姿狀態(tài)誤差。目前，世界上的大型拼接鏡面望遠(yuǎn)鏡幾乎均采用基于電學(xué)原理的邊緣傳感器。這類電學(xué)傳感器安裝于子鏡背面，一般只能進(jìn)行相對(duì)測量，需要輔助設(shè)備對(duì)其進(jìn)行一定周期頻率的精確標(biāo)定；存在的溫漂/時(shí)漂，極難改善，在實(shí)際應(yīng)用中也很難徹底消除。

　　南京天光所科研團(tuán)隊(duì)提出基于光學(xué)等厚干涉原理的拼接鏡面邊緣傳感器新方案。基于等厚干涉原理，通過探測器上得到的等厚干涉條紋，即可得知相鄰子鏡的姿態(tài)，具有精度高、原理簡單、易于裝調(diào)、工作穩(wěn)定、無溫漂時(shí)漂、適用于野外惡劣環(huán)境下使用等優(yōu)點(diǎn)（具體原理示意圖如下）。

基于等厚干涉原理的拼接鏡面邊緣誤差檢測結(jié)構(gòu)示意圖

兩子鏡存在相對(duì)誤差時(shí)的光強(qiáng)分布條紋。（a）x軸傾斜誤差；（b）y軸傾斜誤差；（c）平移誤差

　　研究人員通過仿真模擬驗(yàn)證了該方案的可行性，優(yōu)化了同心圓識(shí)別算法，可以實(shí)現(xiàn)高精度的同心圓提取，保證對(duì)誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。仿真結(jié)果顯示：理論測量精度可以達(dá)到傾斜誤差0.02"、平移誤差20nm，可以滿足大口徑拼接鏡面望遠(yuǎn)鏡的共相檢測需求。

　　本方案的優(yōu)勢包括：簡化了拼接共相過程，可實(shí)時(shí)得到相鄰子鏡位姿之間的絕對(duì)誤差，無需單獨(dú)進(jìn)行額外的定標(biāo)；利用相鄰子鏡的條紋差異信息來反演相鄰子鏡的絕對(duì)位姿誤差，可避免傳感器安裝支架和系統(tǒng)的重力變形、熱變形及安裝誤差帶來的影響；系統(tǒng)設(shè)計(jì)不基于電學(xué)原理，不易受溫漂和時(shí)漂的影響，避免了電噪聲的干擾；原理簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，方便在鏡面上進(jìn)行大規(guī)模部署。

　　目前，科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)圖像處理方法展開了深入研究，將在郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）上進(jìn)行實(shí)地測試和應(yīng)用。該方法有望攻克拼接共相中的高精度位姿檢測等關(guān)鍵科學(xué)難題，在高精尖測量領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。研究工作得到國家自然科學(xué)基金天文聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的資助。

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