Φ600RC光学系统的研制

　 在反射式光学系统中,两镜系统有重要的应用.最早的卡塞格林(Cassegrain)系统和格里高里(Gregory)系统,因为轴外像差没有校正,使用上受到某些限制.为此,Chrétien提出主镜和次镜都为双曲面使球差和彗差同时得到校正的改进形式的卡塞格林系统,由Ritchey实现,故称为R C系统.目前,大型天文望远镜最常用的就是R C系统,如国内研制成功的具有重大意义的2.16 m望远镜,云南天文台的2.4 m望远镜,以及国外的KeckⅠ,Ⅱ望远镜都是R C系统.

    1　系统设计指标

    系统的基本结构形式如图1所示,d为两镜间距,l为后截距.主镜、次镜都是双曲面.

　   系统设计技术指标通光口径Φ0=600 mm,系统相对口径为A=1/10,系统焦距f=6 000 mm,焦点引出主镜后可以接各种光谱、光度观测设备.要求最终弥散圆直径小于0.02 mm.

    主镜采用德国肖特(Schott)公司的微晶玻璃,次镜为石英玻璃.

    2　主镜的研制

    2.1　设计指标及检验方案

    由于镜筒长度很短,则主镜焦距必须很短,从而相对口径就大.相对口径越大越有利,但主镜加工难度和相对口径立方成正比.综合考虑几方面因素,取主镜相对口径A1=1/1.2.主镜相对口径确定后,则次镜的放大率、口径和相对主镜的位置就确定了.

    主镜的最终设计指标为:顶点曲率半径R0=1 440 mm,有效通光口径Φ0=600 mm,非球面偏心率e2=1.005.主镜补偿检验弥散圆直径φ≤0.02mm,顶点曲率半径相对误差ΔR0/R0≤0.02%.表面光洁度P为五级.

    大口径、大相对口径的非球面镜可以设计补偿系统来检验[2],笔者优选出奥夫纳(Offner)补偿法作为主镜的检验方案.加工过程中需要频繁检验,因为主镜口径很大,质量也较大,如果每次检验都拆卸镜子,不仅会增加危险性,还会带来每次调整的误差,也会延长加工时间,增加劳动强度.因此采用立式检验,如图2a所示.这样在加工阶段,主镜就一直在机床上,避免了反复调整带来的同心误差、水平误差和夹持力的变化.所用机床的工作平台可以翻转90°,主镜可以随平台翻转,将光轴调整到水平状态,进行水平检验,如图2b所示.

    为避免单一检验方案可能带来的检验误差、漏检等情况,设计了第二套检验方案.此方案使用平行光补偿器,后面可接干涉仪进行定量检验,也可以加标准聚光镜用刀口仪进行检验.这一方案用于后期的定量检验.

    2.2　主镜的加工过程

    2.2.1　粗磨与滚圆

    首先,将材料整平,即磨两面平行,要求两面的平行度小于0.02 mm.然后磨外圆,套钻中孔,要求内外圆的椭圆度小于0.03 mm.然后,在工作平面上磨出比较球面.比较球面半径可由下式计算: