17、分段镜望远镜的光学对准技术解析

分段镜望远镜的光学对准技术解析

1. 引言

分段镜望远镜在现代天文学观测中扮演着重要角色，其光学对准是确保望远镜性能的关键环节。本文将详细介绍分段镜望远镜光学对准的相关技术，包括分段镜的倾斜对准、相位对准、翘曲线束调整以及副镜对准等方面。

2. 分段镜的倾斜对准

• 测量原理 ：分段镜倾斜角度的测量与自适应光学中的波前传感类似，都使用了 Shack - Hartmann 波前传感器，每个分段镜可采用单个或多个子孔径。但二者存在重要区别，自适应光学旨在“冻结”大气，曝光时间极短（通常为几毫秒）；而分段镜对准测量则需对局部大气倾斜误差进行平均，曝光时间较长，一般为几十秒。
• 大气影响 ：尽管在短曝光极限下，湍流的光学效应在理论上已得到很好的理解，但对于典型对准测量的长曝光（非无限长）情况，理论情况尚不明晰。甚大望远镜（VLT）的测量表明，长曝光下的残余大气像差（高达泽尼克项 n ∼ 4）可由与理论短曝光极限相同的泽尼克系数统计分布描述，但有效大气相干直径 r₀ 作为唯一自由参数。尽管长曝光的有效 r₀ 可能比通常的“瞬时” r₀ 大一个数量级，但残余大气湍流仍限制了 VLT 的对准过程。凯克望远镜也有类似结果，对于未来的极大望远镜，外尺度效应（在超过 10 米时变得重要）可能会在一定程度上改善这种情况。

3. 相位对准

• 活塞误差要求 ：光学对准中最具挑战性的自由度与分段镜的活塞误差相关。为使望远镜达到全孔径对应的衍射极限，活塞误差（或分段镜之间的台阶）必须远小于观测