应用于中短波红外天文观测的空间低温光学系统研究
[Abstract]:Infrared detection is one of the most important remote sensing methods. It has been widely used in many fields such as military, meteorology, resources, environmental disaster reduction, astronomy and so on. With the development of technology, people in infrared astronomical observation, high-resolution infrared earth observation, weak target detection and other fields of application, for infrared remote sensing instruments to put forward higher sensitivity detection requirements. The low temperature optical system can fully reduce the background of the instrument and effectively improve the detection sensitivity of the infrared system, which is of great significance to meet the requirements mentioned above. In this paper, the design of infrared low-temperature optical system for future space applications, assembly and low-temperature testing technology are studied based on the current requirements of medium-and short-wave infrared astronomical observation in China and the development level of related technologies. According to the basic structure characteristics of the space infrared system, the background radiation of the infrared system is analyzed and studied, and the corresponding calculation model is established. The difference between infrared astronomical observation and earth observation for background radiation control is analyzed. The influence of background radiation on the detection sensitivity of infrared system is analyzed by combining the calculation model of signal-to-noise ratio of infrared system, and the methods to restrain background radiation are discussed. Aiming at the technical requirements of infrared telescope for space polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), the design and research of large aperture and low temperature optical system are carried out in this paper. The 100K infrared telescope is designed and analyzed from the aspects of optical structure selection, material selection, low temperature parameter calculation, defocus compensation and so on by using the technical route of initial design at room temperature, optimization at low temperature and compensation at room temperature. In this paper, the design of telescopes supporting structure suitable for cryogenic applications has been carried out. Non-thermal design is carried out by means of dimensional chain calculation matching method with different material combinations. The design of cross flexure hinge is used to realize the anti-heat difference support structure of low temperature telescope. The response surface method based on multi-objective genetic algorithm is used to optimize the design of flexible support structure. In this paper, the research of low-temperature optical system assembly and low-temperature testing technology has been carried out. The low temperature testing of components, components and systems were carried out respectively. The application of domestic silicon carbide mirror at low temperature is studied for the first time. The effects of silicon carbide preparation process and thermal control technology on the low temperature performance of the system are studied, and the effects of non-uniformity of temperature on the reflection mirror type and the system wave aberration are simulated and analyzed. On the basis of the above-mentioned research results, the development of 桅 300mm large aperture low temperature silicon carbide telescope at 150 K is completed for the first time in China. The results of assembly and low temperature measurements show that the wave aberration of the telescope at 130 K is better than 133 nm and the diffraction limit is over 2 渭 m. These work will lay a good foundation for the future research of space astronomical telescopes.
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P111;TN219
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,本文编号:2448970
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