大口径双波长激光准直系统的研究

发布时间：2020-11-05 18:51

　　 随着空间光学领域技术的不断发展与突破,对光学系统的性能技术指标提出了更高的要求,包括激光准直系统在内的空间光学系统朝着长焦距、大口径、多光谱、结构紧凑等方向发展。激光准直系统无论是在空间探索领域还是在实验生产方面都有重要的应用。本文通过对技术指标为口径400mm、焦距8000mm、激光光源波长为633nm和1319nm的大口径双波长激光准直系统进行光学系统设计、光学元件的研制以及激光准直系统的装调等方面展开研究。大口径激光准直系统由激光光源和准直光学系统等两部分组成。根据激光准直系统的技术参数,采用离轴卡塞格林结构形式设计。根据两镜系统消色差条件计算出初始结构,利用ZEMAX软件优化后得到设计结果,并对像质进行分析,结果显示系统像质满足设计指标。同时为了保证两种波长的激光光源在同一点输出,设计了双波长耦合镜头,分别把双波长激光耦合进二合一合束器,测得双波长激光的出口功率满足系统光源设计要求。介绍了大口径激光准直系统的光学元件的加工方法,采用自准直法检测离轴抛物面主镜以及采用无像差点的离轴Hiddle球法检测离轴双曲面次镜,结合干涉仪测得各个镜面的面型完全满足单次光学系统误差RMS≤λ/5的设计要求。依次对大口径激光准直系统的主镜和次镜进行安装与调试,利用4D干涉仪配合一面标准平面镜,测得准直系统像质满足设计指标要求。本文采用透镜耦合的方法实现双波长激光共焦,激光输出更加稳定、高效;采用离轴卡塞格林结构系统,以光学系统焦点作为光源的输入点,激光经系统准直后输出。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH744.5
【部分图文】：

图 1. 1 50 米变焦真空准直系统实物图Fig 1.1 50m zoom vacuum collimation system physical map外大口径准直系统的研究现状 世纪 80 年代以来，航空航天事业在许多国家都得到蓬勃的发展，相相机和太空望远镜的检测工作也得以发展，设计的准直系统是为了相匹配光学系统。例如美国喷气实验室为了检测 SIRTF 并设计建造ASA为了装配和检测SOFIA研制了口径大于2.5m的施密特卡塞格尔航空技术有限公司设计并实现的 UCA 系统；洛克希德·马丁太空了 LOTIS 系统，其目的是为了检测 EO 卫星；彼得堡光学研究中心空间望远镜的状态而兴建了 Vertical 检测系统；欧洲航天局为检测 X建造的 FOCAL-X 系统；韩国制造的 0.9m 口径的 KRISS 系统等都代径准直系统发展的最高水平，下面简要介绍几个著名准直系统[10]。克希德·马丁公司的 LOTIS 系统[11]克希德·马丁太空系统公司为了检测和验证其他光学系统而设计的

Fig 1.2 3D structure diagram of the collimation systemOTIS 系统核心是一台口径为 6.5 米、F/15 的平行光管，该平行光管Fig 1.3 Physical map of the LOTIS collimation system图 1. 2 LOTIS 准直系统的 3D 结构图图 1. 3 LOTIS 准直系统的实物图

4TIS 系统核心是一台口径为 6.5 米、F/15 的平行光管，该平行光管式，检测口径的范围为 0-6m，工作波长从 0.4μm 到 5μm，系统0.75mrad，此时系统的波前 RMS 值优于 85nm，为了拓展系统的最统焦面之前添加一块校正镜，视场最高扩大到±3.2mrad。系统次镜其他检测设备等因素造成遮拦系统比例为 12％，这对系统成像质量。为了检测不同口径时系统的像质，可由系统配有的波前传感与控镜的面型，以获得更好的准直效果。LOTIS 系统不同口径时检测出果如表 1.1 所示[10]。Fig 1.3 Physical map of the LOTIS collimation system图 1. 3 LOTIS 准直系统的实物图
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本文编号：2872040