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2017年12月19日 星期二

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天文镜面的磨制和检验 - 正文 [回目录]

  对玻璃镜坯打磨、抛光,经过内应力和面形检验,制成所设计的镜面形状和达到所要求的精度。大型反射望远镜主镜和副镜的表面形状大多数是轴对称的非球面。偏离球面的量与非球面参数有关,并与镜面直径成正比,与相对口径的三次方成正比。用波面误差来评价,优良的天文镜面与设计的理论形状间的局部偏差应小于 λ/20。对于玻璃镜坯,应先把两个端面磨平抛光,用偏振法检查其双折射,以确定内应力的大小。内应力过大,会使镜面在使用过程中逐渐变形而降低成像质量,严重时在抛光阶段就无法控制其表面形状。把球面修改成非球面的过程,一般是在抛光阶段,用比镜面小的抛光盘或用与镜面同样大小但沥青胶分布不均匀的抛光盘进行的。大型天文镜面相当重,在磨制时必须考虑其自身重量引起的变形问题,并注意支承的方式。
  天文镜面磨制阶段,常用刀口法检验。在较严格的条件下能察觉λ/50的误差。所谓刀口检验,是在镜面所成的点光源(人造星)的像位置前后,用刀口切割光束,检验者眼睛紧靠在刀口后面,观看在切割过程中镜面照亮的情景。在理想成像情况下,可看到镜面突然变暗,或随着刀口移动逐渐变暗(见图)。反之,则可以看到镜面上出现明暗相间的图像,从而判断镜面形状的偏差。

  为了使刀口检验达到最高的灵敏度,必须作零位检查,即检查光束是否同心。这种检查有时可利用镜面的几何特性,如凹椭球面的两个共轭焦点。大多数情况则需要加一个辅助镜,例如对凹抛物面镜要加一个标准平面反射镜。而对双曲面镜,不管是凸还是凹,都要加一个凹标准球面镜。此外,还可用像差补偿法,即把被测面的法线看作光线,经过一个反射面或一个光学系统之后,会聚成同心光束交于一点,或者更一般地设计一个包含被检验面的光学系统,使最后得到同心光束,会聚成一点,在这一点上进行自准式的零位刀口检验。这种补偿实际上一般只能做到两条光线严格地重合,而其余光线是没有完全补偿的,所以需要计算剩余像差大小,看是否在允许范围之内。
  另一个有效的办法是用激光干涉仪。参考面可以用平面,也可以用球面。被测部分的光路安排和刀口检验基本相同。这里的补偿镜或补偿系统,还可以用计算的干涉图(或全息图)代替,或者联合使用。干涉检验的精度一般可到λ/20,严格一些可到λ/50。
  完整的望远镜系统在出厂前和安装到天文台后,还要进行检验,以便发现安装和调整上的缺陷以及得到光能集中度的数据。优良望远镜的光学系统要求加工到将95%以上入射光能集中在小于 0奬5直径范围内。这一数据可以根据开孔分布均匀的哈特曼光阑照相方法得到,或从干涉图计算得到。有时大型望远镜安装到天文台后,还通过整个光学系统的对星检验,再对其主镜或其他镜面进行最后的抛光修改。
  参考书目
 马克苏托夫著,杨世杰译:《天文光学工艺》,科学出版社,北京,1964。

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更新时间 : 2009-04-09

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