无遮拦离轴天文望远镜偏振像差分析及其对光学椭率的影响
发布时间：2021-07-31 13:00
随着天文探测水平的提高,偏振像差对天文望远镜成像质量的影响逐渐凸显。基于偏振光线追迹,分析了一种用于探测宇宙弱引力透镜效应的无遮拦离轴天文望远镜的偏振像差,得到了该望远镜的琼斯瞳、振幅响应矩阵以及望远镜中各个反射镜的二向衰减和相位延迟分布特性。计算发现偏振像差会影响该望远镜的成像对比度,同时还会改变其点扩展函数的空间分布。计算了偏振像差对望远镜光学椭率的影响,结果表明偏振像差会导致该望远镜光学椭率在全视场范围内发生不同程度的变化,最大改变量为7.5×10-3,平均改变量为2.7×10-3。在视场[-0.0487°,0.155°]附近,偏振像差使得该望远镜光学椭率最大插值误差由1.2×10-4增大为1.1×10-3。本文研究结果表明,对于探测弱引力透镜效应等要求超高成像质量的天文望远镜,偏振像差不可忽略,需要进行优化设计。
【文章来源】：光学学报. 2020,40(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
无遮拦离轴天文望远镜光路图
在图2所示的二向衰减图中,线段的长度表示二向衰减幅值,线段的方向表示最大透过率轴的朝向。图1所示的望远镜系统中,M1、M2、M3和M4均是离轴反射元件,而图2的计算结果也表明各个元件的二向衰减图均失去了旋转对称性,这与同轴望远镜系统存在明显差别[2, 12]。从图2可以发现,各个反射镜的二向衰减最大值依次为2.7×10-3,6.7×10-3,9.2×10-3,0.01。显然,除了二次曲面M1的二向衰减值明显较小外,二次曲面M2、自由曲面M3以及平面反射镜M4的二向衰减最大值比较接近。然而,在30 m望远镜等同轴系统中[2, 12],二次曲面反射镜的二向衰减幅值明显小于45°转折平面反射镜,这使得30 m望远镜的二向衰减主要是由其45°平面反射镜决定。而本文分析的离轴系统的二向衰减则是由M2、M3以及M4共同决定。在天文观测中,大多数星系目标均为非偏振光源[2],故望远镜的入射光很可能是非偏振光。因望远系统存在二向衰减,将导致出射光不再是非偏振光,而是存在偏振度,且出射光线的偏振度等于望远镜系统的二向衰减幅值。此外,望远镜系统的二向衰减还会导致入射光的部分能量耦合到正交偏振态,造成偏振串扰,这将降低天文望远镜的成像对比度,进而对星冕仪等造成影响[11]。
图3给出了图1望远镜中各个反射镜的相位延迟分布图,其中线段长度表示相位延迟的大小,单位是弧度(rad),线段朝向表示快轴方向。需要指出的是,图3所示的计算结果均已将几何坐标变化引起的相位延迟剔除[25]。相位延迟表示不同偏振光经过光学系统后,其相位变化不同,这将导致不同偏振态光线经过系统后其波像差不同。因此,对于非偏振入射光,其正交偏振分量经过望远镜后的波像差也将不同。与图2所示的二向衰减图类似,离轴望远镜中各个反射镜的相位延迟图均失去了旋转对称性。二次曲面反射镜M1和M2的相位延迟最大值分别为0.015 rad和0.03 rad,大于自由曲面反射镜M3和平面反射镜M4的相位延迟。需要指出的是,在文献[2,12]的同轴望远镜中,45°平面反射镜的相位延迟最大,这与本文离轴望远镜的计算结果明显不同。2.2 琼斯瞳图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于差分空间像主成分分析的偏振像差检测方法[J]. 孟泽江,李思坤,王向朝,步扬,杨朝兴,戴凤钊. 光学学报. 2019(07)
[2]折反式望远系统全视场全口径偏振特性研究[J]. 王稼禹,李英超,史浩东,江伦,王超,刘壮,李冠霖. 红外与激光工程. 2019(03)
[3]快速空间测角系统中偏振像差的分析与研究[J]. 李春艳,陆卫国,乔琳. 物理学报. 2018(03)
[4]相干激光通信光学系统偏振像差研究[J]. 杨宇飞,颜昌翔,胡春晖,吴从均. 光学学报. 2016(11)
[5]用于空间目标偏振探测的望远镜系统偏振分析[J]. 王国聪,王建立,张振铎,明名,张斌,曾蔚. 光学学报. 2014(12)
博士论文
[1]高精度偏振激光雷达关键技术及系统研究[D]. 罗敬.浙江大学 2018
硕士论文
[1]空间光学系统中偏振像差的分析和模拟[D]. 邱宝玮.浙江大学 2010
本文编号：3313514
【文章来源】：光学学报. 2020,40(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
无遮拦离轴天文望远镜光路图
在图2所示的二向衰减图中,线段的长度表示二向衰减幅值,线段的方向表示最大透过率轴的朝向。图1所示的望远镜系统中,M1、M2、M3和M4均是离轴反射元件,而图2的计算结果也表明各个元件的二向衰减图均失去了旋转对称性,这与同轴望远镜系统存在明显差别[2, 12]。从图2可以发现,各个反射镜的二向衰减最大值依次为2.7×10-3,6.7×10-3,9.2×10-3,0.01。显然,除了二次曲面M1的二向衰减值明显较小外,二次曲面M2、自由曲面M3以及平面反射镜M4的二向衰减最大值比较接近。然而,在30 m望远镜等同轴系统中[2, 12],二次曲面反射镜的二向衰减幅值明显小于45°转折平面反射镜,这使得30 m望远镜的二向衰减主要是由其45°平面反射镜决定。而本文分析的离轴系统的二向衰减则是由M2、M3以及M4共同决定。在天文观测中,大多数星系目标均为非偏振光源[2],故望远镜的入射光很可能是非偏振光。因望远系统存在二向衰减,将导致出射光不再是非偏振光,而是存在偏振度,且出射光线的偏振度等于望远镜系统的二向衰减幅值。此外,望远镜系统的二向衰减还会导致入射光的部分能量耦合到正交偏振态,造成偏振串扰,这将降低天文望远镜的成像对比度,进而对星冕仪等造成影响[11]。
图3给出了图1望远镜中各个反射镜的相位延迟分布图,其中线段长度表示相位延迟的大小,单位是弧度(rad),线段朝向表示快轴方向。需要指出的是,图3所示的计算结果均已将几何坐标变化引起的相位延迟剔除[25]。相位延迟表示不同偏振光经过光学系统后,其相位变化不同,这将导致不同偏振态光线经过系统后其波像差不同。因此,对于非偏振入射光,其正交偏振分量经过望远镜后的波像差也将不同。与图2所示的二向衰减图类似,离轴望远镜中各个反射镜的相位延迟图均失去了旋转对称性。二次曲面反射镜M1和M2的相位延迟最大值分别为0.015 rad和0.03 rad,大于自由曲面反射镜M3和平面反射镜M4的相位延迟。需要指出的是,在文献[2,12]的同轴望远镜中,45°平面反射镜的相位延迟最大,这与本文离轴望远镜的计算结果明显不同。2.2 琼斯瞳图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于差分空间像主成分分析的偏振像差检测方法[J]. 孟泽江,李思坤,王向朝,步扬,杨朝兴,戴凤钊. 光学学报. 2019(07)
[2]折反式望远系统全视场全口径偏振特性研究[J]. 王稼禹,李英超,史浩东,江伦,王超,刘壮,李冠霖. 红外与激光工程. 2019(03)
[3]快速空间测角系统中偏振像差的分析与研究[J]. 李春艳,陆卫国,乔琳. 物理学报. 2018(03)
[4]相干激光通信光学系统偏振像差研究[J]. 杨宇飞,颜昌翔,胡春晖,吴从均. 光学学报. 2016(11)
[5]用于空间目标偏振探测的望远镜系统偏振分析[J]. 王国聪,王建立,张振铎,明名,张斌,曾蔚. 光学学报. 2014(12)
博士论文
[1]高精度偏振激光雷达关键技术及系统研究[D]. 罗敬.浙江大学 2018
硕士论文
[1]空间光学系统中偏振像差的分析和模拟[D]. 邱宝玮.浙江大学 2010
本文编号：3313514
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