极紫外望远镜角分辨率评价方法

　　1　引　言

　　极紫外望远镜(EUT)作为高分辨率空间成像仪器,其检测水平直接影响EUT的成像质量。目前,国际上对软X射线-极紫外波段望远镜的检测和评价主要有两种方法:一种是采用工作波长检测,这种检测方法主要应用于较低角分辨率的掠入射望远镜,已经建成的掠入射望远镜工作波段检测装置有比利时CSL(Center Spatial deLiege)的极紫外/X射线检测装置以及德国马普学会和日本空间天文研究所[1-2]建成的检测装置等,这些检测装置的检测分辨率均较低。另一种是间接检测,即用菲索型干涉仪或点衍射干涉仪等面形检测仪器检测光学元件的面形精度,再根据望远镜光学元件的面形误差和装调误差计算出望远镜工作波段的点扩散函数,据此判断望远镜的角分辨率[3-4]。目前,较高分辨率的极紫外望远镜均采用此方法进行检测,如,the Solar and He-liospheric Observatory (SOHO)上的ExtremeUltraviolet Imaging Telescope(EIT)[5]。EIT检测过程中,首先,利用ZYGO干涉仪检测光学元件和系统的波像差,根据检测到的光学元件面形精度值计算出EIT工作波段的点扩散函数。计算结果表明:在弥散斑直径15μm范围内包含了80%的能量。EIT的焦距为1 652 mm,由这些参数计算出的几何像差弥散产生的角分辨率降低为1.96″。

　　自2003年起,本课题组开始了EUT技术研究,突破了关键技术,研制了相应的加工和检测装置,集成出一台17.1 nm的EUT样机。为了对所研制的EUT样机进行角分辨率评价,本文采用了间接检测方法对EUT进行检测。

　　2　EUT检测方法

　　本课题组所研制的EUT由两块极紫外波段多层膜反射镜构成的双反射系统组成,具体参数见表1[6]。

　　EUT工作波段衍射极限为0.036″,远小于EUT的分辨率0.80″,因此,在EUT研制和检测中可以忽略衍射对EUT的影响,EUT像差的主要来源为几何像差和散射像差。散射像差由光学元件表面粗糙度产生,它们与表面粗糙度大小以及粗糙度的频率范围密切相关,针对17.1 nm的EUT,频率为1~200 lp/mm的中频粗糙度影响最严重。但在表面粗糙度RMS值<0.7 nm时,粗糙度对EUT的影响较小,通常小于几何像差的影响,因此本文不详细介绍表面粗糙度对EUT角分辨率的影响。

　　本文介绍的极紫外望远镜的像差主要包含光学设计残差、光学元件加工误差产生的像差和装调误差产生的像差。检测方案为:首先,利用ZY-GO干涉仪检测EUT中的两块反射镜的面形精度,并且记录下它们的36项Zernike系数,该系数与波长无关,只反映光学元件的面形精度。其次,在ZYGO干涉仪的监控下装调EUT达到设计要求。根据EUT中的光学元件的面形误差、装调误差和光学设计残差计算出EUT的系统点扩散函数。最后,根据计算出的点扩散函数以及EUT的焦距得到EUT的分辨率。