中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

阶梯光栅作为天文光谱仪的核心元件，决定了光谱仪的性能，光栅的衍射波前精度高可以获得更好的信噪比，光栅的面积大可以获得更高的集光率和分辨本领。目前各国新研制的望远镜的口径增加到十米甚至更大尺寸，望远镜的口径越大，高分辨率光谱仪所要求的阶梯光栅尺寸越大，对米级尺寸阶梯光栅的需求因此更加迫切。由于单体光栅的制备存在工艺技术上难题，如刻刀的磨损，大面积均匀健膜等，所以米量级以上的单体光栅很难成功制备。因此，光栅拼接技术是目前研制米级大尺寸阶梯光栅的重要手段，在天文领域中，光栅拼接为更高要求的共相拼接，需要对每个拼接误差进行精准检测消除。位移误差调整精度对光栅的拼接精度有决定性的影响。为了消除拼接光栅中的周期性位移误差，实现大尺寸阶梯光栅的共相拼接，本文从理论出发分析了位移误差对拼接光栅点扩散函数的具体影响，并且基于干涉测量原理，提出一种高精度的误差检测调整方法。通过实验，论证了该方法的精确性。具体的研究内容如下： 
1.建立了拼接光栅误差理论模型。经过理论分析，建立了阶梯光栅拼接误差理论模型，通过公式推导计算，明确了各拼接误差之间的关系，理论分析了光栅拼接误差对干涉条纹的影响。通过仿真模拟各拼接误差对干涉条纹的影响，证实了与理论分析完全吻合。 
2.设计了一套大尺寸阶梯光栅位移误差检测系统。针对纵向位移误差的周期性问题，提出一种基于迈克尔逊干涉系统先粗调再精调的实验方案。利用白光、双波长和单波长干涉测量相结合的检测调整方法，实现了更全范围、高精度的纵向位移误差检测。通过仿真对此方案进行可行性验证。 
3.光栅拼接实验研究。通过对比不同调整量下干涉条纹位移变化的模拟计算和位移台实验结果，分析了傅里叶分析算法的计算精度。搭建了光栅拼接误差检测调整实验系统，实现了位移误差的精确调整。实验计算结果表明，白光双波长测量技术实现的拼接光栅位移误差z低于6nm，可满足大尺寸拼接光栅的共相检测要求。