中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

目前大型地基望远镜自适应副镜变形镜的材料多选择微晶玻璃，这种材料的导热系数低，易出现音圈电机热效应引发的镜面热变形，并且在加工、装调和使用过程中容易碎裂，因此本文采用钛合金材料制备自适应副镜变形镜的方案，钛合金热导率高、热膨胀系数低且抗冲击能力强的特性可克服微晶玻璃材料缺陷，从加工和性能仿真两个方面对钛合金变形镜进行研究，主要内容如下：
1. 研究钛合金球面反射镜的冷加工特性，选取不同的磨料粒径和抛光粉类别，系统研究了研磨过程中不同粒径碳化硼磨料作用于钛合金镜面的去除特性和表面粗糙度变化特性，接下来对不同类别抛光粉作用后钛合金金属镜的表面粗糙度、光洁度以及反射率等物理性能展开了研究。通过对比实验最终确定了一套适用于钛合金球面反射镜的优化研抛工艺流程，最终面形精度均方根（RMS）值优于15.82nm，镜面表面粗糙度(Sq值)为7.774nm，可见光波段（350-750nm）内反射镜的平均反射率达57%，可见反射率并未达到直接使用要求，但镜面表面质量已达到后续镀膜标准，后续可通过镀膜改善镜面的反射率。
2.基于对镜面的口径、厚度等物理参数综合评估，确定了19个音圈电机促动器的波前校正方案，对不同厚度情况下自适应副镜变形镜产生的重力变形进行讨论研究，发现在厚度为1.2mm时镜面的重力变形峰谷（PV）值已接近λ/30（λ=632.8nm），更薄时重力变形对镜面影响变大，故确定最终减薄厚度为1.2mm。在促动器方案和厚度确定的情况下对钛合金及微晶玻璃两种材质自适应副镜变形镜的静力学和热力学性能进行了仿真研究，研究发现相较于微晶玻璃自适应变形镜，钛合金自适应变形镜可以承受更大的载荷，安全裕度高，且由环境温度变化导致的变形以低频成分为主，表现出更好的可校正性。
3.利用Zernike模式展开法数值模拟了大气湍流畸变波前，并建立了150mm口径钛合金变形镜及19单元音圈促动器的有限元模型。随后采用超高斯函数对促动器影响函数进行拟合，拟合相关系数均优于0.9，结果表明利用超高斯函数模型可以有效构建影响函数矩阵。最后基于最小二乘算法进行校正仿真，结果显示波前RMS值由187.24nm降至44.48nm，校正效率达76.24%，验证了该变形镜系统及算法在低阶像差补偿中的可行性。