干涉系统在拼接主镜共相位检测上的应用

　　0 引 言

　　当今世界许多新型的地基或空间望远镜主镜，几乎都在计划或正在采用主镜镜面拼接技术来实现大口径望远镜主镜的构建，用以提升其光学性能。譬如美 国KECK I 望远镜，KECK II 望远镜，HET 望远镜，加州CELT 望远镜，NASA 大型可折叠式反射镜，南非的SALT 望远镜，墨西哥的TIM 望远镜，欧洲南方天文台(ESO)100 m 级的超级大OWL 望远镜，还有计划中的美国未来大型空间望远镜(JWST)等[1]。简单来说，主镜镜面拼接技术即通过多个小口径的单块子镜共同通过某种拼接手段，拼接成 为一块面形连续的大口径主镜镜面，进而实现大口径的镜面面形。通过应用大口径望远镜进行天文成像观测，不仅可以使望远镜的集光能力显著增强，而且望远镜的 分辨率也因此显著增强。大口径拼接镜面是今后大型光学望远镜主镜的发展方向。

　　然而，伴随着望远镜主镜采用组合拼接的这种方式出现的同时，也有一些需要迫切解决的问题，而在这些问题当中最突出的问题就是如何保证拼接主镜镜 面的面形连续性，即如何实现拼接子镜间的共相位问题。子镜间的良好共相将使得大口径望远镜的集光能力大幅度提高，并使其达到或接近拼接主镜全口径直径上的 成像分辩率，即达到或接近衍射极限的成像效果;相反，未实现良好共相位的拼接主镜望远镜，其光学成像分辩率及主镜集光能力将大幅度降低。对于未实现良好共 相位的拼接主镜望远镜，需要进行校正的子镜间的相互位置误差有子镜相互之间的两个倾斜误差(以下称作tip 和tilt 误差)和子镜间垂直方向的位移误差(以下称其为piston 误差)。拼接主镜子镜间的两个倾斜误差通过hartmann 波前传感器很容易得到解决，然而hartmann 波前传感器却不能用来检测子镜间存在的piston 误差，所以，为了使得拼接主镜达到或接近同等口径的衍射极限成像质量，子镜之间piston 误差需要进行精确检测，并校正到入射光波长的几分之一的大小[2-3]。如果一个系统能够对拼接主镜间的piston 误差进行纳米级的精度检测，并且若能够在白天的情况之下同样进行检测工作，进而为望远镜的晚间天文观测延长时间，这将是在实现pinton误差检测方面的 一大实质性的进步。

　　最近，国际天文界对在白天的情况下对拼接主镜相位检测系统的发展产生了越来越浓厚的兴趣。例如针对keck 望远镜而言，其相位检测系统有其自身的缺点，因为其相位检测系统是基于星光为目标调整技术，也就是说，其只能在黑夜的情况之下对子镜间相位误差进行检测， 这样就浪费了许多天文观测的有效时间，对观测效率造成了极大的影响，所以国际天文界对能够在白天进行主镜拼接镜面进行相位检测这方面的技术格外重视 [4]。这里将介绍一种拼接主镜共相位检测系统，其在白天的情况之下，通过高精度干涉检测技术，对望远镜拼接子镜间相位误差进行纳米级精度检测。