26、主动薄镜望远镜：原理、误差与性能

主动薄镜望远镜：原理、误差与性能

1. 引言

天文望远镜的目标是将大量高分辨率的光子传递到焦平面的仪器上。通过增大主镜尺寸可以较容易地提高集光能力，根据衍射光学原理，若大气和望远镜自身产生的波前误差低于观测光的波长，分辨率也会随之提高。然而，对于指向天空不同位置、在温度和风力条件不断变化的环境中运行的大型望远镜而言，要使望远镜误差保持在较小范围内并非易事，这要求光学表面的位置和形状与设计要求的偏差不能过大。

在自适应光学设备（用于校正大气引入的误差）出现之前，地面望远镜的分辨率从根本上受到大气的限制，点源图像的最小直径通常约为半角秒。因此，望远镜的目标相对较为保守，即实现所谓的“视宁度受限”图像质量，只要望远镜自身产生的误差远小于大气引入的显著误差即可。

传统的被动望远镜通常仅控制跟踪和偶尔的聚焦。即使是视宁度受限这样相对较低的性能目标，也只有在主镜直径不超过2 - 3米时才能实现。大多数主镜直径约为4米的大型被动望远镜，仅偶尔能达到视宁度受限的性能。尽管采用了机械原理和特性来提高稳定性，但由于结构和镜子缺乏刚度，这些望远镜仍会出现镜子的错位和变形问题。

计算机和电子技术的发展使得在望远镜运行期间校正光学系统成为可能，这种技术被称为主动光学。配备CCD探测器的波前传感器能够快速、精确地测量望远镜产生的光学误差，然后在观测过程中通过重新调整镜子的相对位置和改变其形状来校正这些误差。特别是，抛光后较大的误差容限使得能够制造直径达8米的大型薄镜。借助主动光学技术，直径约为4米甚至8米的望远镜能够常规地实现视宁度受限的性能。主动光学也是下一代极大望远镜的重要组成部分，这些望远镜必然是对所有光学元件进行复杂控制的系统。

2. 误差源与产生的波前像差