兴隆1m光学望远镜消杂散光系统

　　1　引　言

　　天文光学望远镜的杂散光来自望远镜观测视场外的源,通过圆顶开口进入望远镜系统,经望远镜结构表面的散射、反射,最终到达像面。同其他观测背景来源一样,到达望远镜焦面的杂散光会增加不均匀的背景噪声,导致对天体观测的信噪比(SNR)降低,进而影响系统的测光精度和灵敏度[1]。

　　国际上在20世纪80年代末形成了较完整的光学系统杂散光计算和评价方法, 90年代中期进入应用阶段[1]。近年来,杂散光定量分析与优化已经成为光学望远镜设计的重要组成部分,杂散光性能评价指标已经成为望远镜性能评价的重要指征。现有的理论和技术手段,已经能使光学望远镜的杂散光“点源辐照度透过率(PointSource Normalized Irradiance Transmittance,PSNIT)”优化到低于。

　　兴隆1 m天文光学望远镜是一台口径为1 m的Ritchey-Chrétien (R-C)光学望远镜[5],主要用于对变源天体测光和暗弱天体的观测,但这两方面的应用都要求望远镜有高的信噪比。从光学上看,该望远镜采用R-C系统,光路中既没有中间像面也没用中间瞳面,这种结构对杂散光抑制是十分不利的。该望远镜采用桁架结构,表面涂白漆,副镜和第三反射镜(平面镜)并安装了遮光罩,以抑制杂散光。这些都是基于经验和定性分析所采取的杂散光抑制措施,其效果不能满足需求。用该望远镜在大月夜对偏月15~30°的天区进行观测,可以清楚看到背景增强且分布不均匀,这是明显的杂散光效应。

　　本文的研究对原1 m望远镜不做任何改动,而是设计、研制一个透镜式消杂散光镜头连接安装在望远镜F/8焦面后,使“望远镜-消杂散光镜头”组合系统基本保持原望远镜光学成像性能,同时优化和改善其杂散光效应。用Tracepro光学分析软件对组合系统杂散光PSNIT进行了计算,比对了望远镜加消杂散光镜头前后的PSNIT结果,并在满月期进行了观测。

　　2　兴隆1 m光学望远镜消杂散光系统

　　光学望远镜在成像焦面上接收到的杂散光能量可以用式(1)[4]来描述:

　　从式(1)可以看出影响杂散光传播主要有3个因素。BRDF作为系统中散射面的散射特性函数,现在可以通过实际测量得到,已经有商品化的测试设备。因此,对于常用材料光学表面的BRDF数据,是可以在手册和文献中查到的。在一个系统中GCF是主导杂散光传播路径最重要的因素,也是杂散光效应优化最重要的参变量。系统内光阑设置,挡板结构的位置、形状,镜筒内壁沟槽的深度、角度等,都可以作为GCF的变量来优化。在众多的GCF消杂散光措施中,FieldStop(在系统中间像面设置的光阑)和Lyot Stop(在系统中间瞳面设置的光阑)的组合使用和位置优化,被证明是系统杂散光抑制最有效的措施[1,4]。可是,兴隆1 m光学望远镜是R-C系统,系统内没有可能设置Lyot Stop和Field Stop的位置。