中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

随着天文学研究向更深、更广、更精方向发展，光谱巡天望远镜能够同时获取数以万计天体的光谱信息，为理解宇宙提供关键数据支撑。在这一背景下，清华大学启动了宽视场巡天望远镜(MUST)项目，预计巡天效率将比当前国际领先的DESI项目提升10倍以上，对我国跻身天文光学观测研究国际前沿具有重要战略意义。
改正镜组是宽视场望远镜的核心光学部件，用于校正系统残余像差及补偿大气色散，直接决定望远镜的实际成像质量与视场大小。随着望远镜口径与视场的不断增大，改正镜组的复杂度与精度要求呈指数级提升，其加工与检测水平已成为制约大视场望远镜发展的关键技术瓶颈。MUST望远镜改正镜组中的Lens2(L2)透镜是最具挑战性的关键元件之一，其具有口径大、非球面陡度大、均匀性要求高、支撑敏感等特点，对检测提出了很大的挑战。本文围绕L2大口径非球面透镜的光学检测展开系统研究，主要研究内容如下：
（1）大口径透镜材料均匀性检测技术研究。设计了基于球面波的大口径透镜材料折射率均匀性测量方案，搭建了均匀性检测系统。实测得到了镜坯折射率均匀性为3.663ppm，优于其设计指标，并与材料出厂均匀性测量结果进行了比对，验证了该检测方法的可行性，为L2透镜材料的质量验证提供了可靠的技术手段。
（2）基于CGH的L2透射波前检测方案设计与仿真。针对L2透镜大非球面度带来的检测挑战，基于计算全息（CGH）设计了一套零位补偿检测光路。完成了主全息相位函数计算，采用泽尼克多项式拟合优化，系统残余波像差RMS优于1/60λ。通过引入倾斜载频，有效分离了工作衍射光与杂散级次。完成了对准全息与基准全息区域规划，辅助光路装调。系统分析了CGH制作误差及检测光路装调公差对测量结果的影响，明确了关键误差容限，为CGH的精密制造和实验装调提供了理论依据。
（3）透镜实际支撑下透射波前检测研究。由于L2透镜大径厚比、对重力变形敏感的特性，针对24点RTV弹性垫片的边缘支撑结构进行了有限元仿真分析，结果水平检测姿态下透镜的波前畸变RMS值仅为0.002λ。开展了L2透镜缩比试验，搭建了透射波前检测平台。实测各角度下透射波前RMS稳定在0.024λ左右，波动幅度小于10%，充分验证了支撑结构的稳定性与可靠性。初步开展了室外低温(-3℃)环境下的透射波前测试，RMS值稳定在0.027λ左右，与实验室常温条件下(20℃)的检测结果基本一致，表明光路系统与支撑结构具备良好的环境适应性潜力。

本文的研究成果为MUST望远镜L2透镜的工程研制提供了技术方案与关键实验数据支撑，其研究方法与技术路线对同类大口径非球面透射元件的检测具有重要的参考价值与推广意义。