中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

大口径地基光学红外望远镜发展到十米级以上，由于镜坯受到熔炼、运输、制造等多种因素制约，通常都采用大批量的离轴非球面子镜来拼接成一个完整的大口径主镜。目前国际上主流的拼接子镜尺寸范围为1.4米到1.8米之间，拼接子镜具有口径大、曲率半径长、非球面度高的特点，因此面形测量是其加工过程中的一个难点，使用现有的商业设备难以进行高效率检测。为了解决这一问题，我国科研工作人员提出研制一台专门针对极大望远镜批量化离轴非球面子镜的干涉测量设备，该设备主要包括同步移相干涉测试模块、缩焦与补偿模块和定标校正模块，能够对未来极大望远镜的数百块子镜进行快速的干涉测量。这台设备包含多项关键技术，本论文针对其中的两项关键技术：大口径镜面的精密支撑和大口径长光路中的气流扰动抑制，进行了深入的设计研究与分析。

该光学检测装置中包含了两块大口径镜面，分别是位于定标校正模块的φ1650mm口径反射镜与位于缩焦补偿模块的φ1560mm口径透镜。镜面口径越大，因为重力导致的变形问题就越严重，面形精度受到的影响也越大。由于是检测装备，要求检测光路中的大口径镜面的支撑面形精度比拼接子镜的面形精度更高，提出的技术指标是面形均方根误差（Root Mean Square,RMS）小于𝜆/70（𝜆为632.8nm）。针对这两块光轴始终保持水平状态的大口径光学镜面，本论文开展多种边缘侧支撑技术调研并进行对比，最终选择合适的侧支撑方案。

极大口径望远镜拼接子镜的口径尺寸为1.4米到1.8米之间，顶点曲率半径很长，甚至超过60米。通常镜面进行光学检测时，检测光路结构十分庞大，气流扰动对大口径、长光路的水平光学检测系统有显著影响，容易导致光路中的温度、速度、压强等物理量在时间与空间上呈现随机动态变化的特征。特别是温度在空间上的不均匀性与时间上的不稳定性将会直接导致空气折射率的动态变化，从而导致点扩散函数退化、引起波前倾斜、出现波前时变，气流扰动对于大口径、长光路的光学检测系统影响更为显著。

为了降低气流扰动对检测光路的影响以及提高检测精度，基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法，提出了风扇强制对流的室内温度场控制方法，先进行风扇主动送风的单因素研究，如风扇放置方式、送风角度、风扇口径、风扇数量等影响因素。引入了最大光程差（Optical Path Difference,OPD）概念，作为光路温度场均匀性评价指标，然后采用正交试验研究，快速设计有代表性的试验方案，减少试验次数，提高试验效率，方便分析对比各因素的影响水平，从而找到最优组合和实现各因素水平的优化。强制对流方案显著提高了光路温度场的均匀性与稳定性，大幅降低了光学检测误差，提高了检测精度。为今后抑制气流扰动对狭长通道内长光路、大口径光学检测系统测量精度的影响提供了借鉴。

综上，为了保证这台极大望远镜批量化离轴非球面子镜干涉检测装备的光学测量精度，针对其中的镜面支撑和抑制气流扰动这两项关键技术开展设计研究。这两项关键技术的攻关与突破，将有力支撑该检测装备的研制。该设备的研制将会改变我国目前无法高效对大批量的离轴非球面子镜进行干涉级精度的面形测量现状，为我国未来的极大望远镜的研制奠定基础，推动我国天文学的长远发展。除此之外，能够提升我国极大口径天文望远镜技术水平，推动镜面研制技术跨入国际先进行列，也有利于我国参与国际重大科学工程。