地平式大口径地基望远镜主光学系统装调技术

　　1　概　述

　　随着主动光学和自适应光学技术的发展和进步,大口径地基光电望远镜展示出非凡的能力,除用于天文观测外,作为空间目标监视系统的主力设备还起着不可估量的作用。目前全世界2m口径以上的望远镜应在百架左右,其中3~6m口径的望远镜有20架左右,且主要以地平式望远镜为主,可见地平式望远镜的装调过程具有及其重要的作用,它的精度对望远镜未来的应用有很深的影响。

　　望远镜的装调过程主要包括:机构中机械轴的确定、镜子的支撑、整个系统的光轴等,实现以上过程需借助测微准直望远镜以及五棱镜等光学器件的辅助。以欧洲南方天文台(ESO)的VLT[1]为例,其装调过程主要包含以下过程:

　　(1)粗调:该过程为针对主镜室和次镜室相对于望远镜旋转轴的机械调整过程。主镜(M1)和次镜(M2)分别固定于其镜室的中心。借助于准直望远镜实现装调过程。这步调整实施阶段为第一束光射入前的望远镜安装过程中。

　　(2)精调:该过程主要包含彗差调整和像散调整,其中彗差调整主要进行离心彗差的修正。借助于波前分析装置测量视场中心处的离心彗差。对VLT来说,离心彗差可以通过横向移动次镜、绕顶点旋转次镜、绕顶点旋转主镜或者以上三种调整方式的任意组合来实现。仅仅修正离心彗差并不能保证主镜和次镜的光轴重合。实际上,零彗差条件仅能保证两个光轴的交点为零彗差点(coma-free point),其光轴夹角为任意角α→。对VLT来说,零彗差点大概位于次镜顶点和其曲率中心连线的中点处。这个偏转角α→可以通过整个像场中的像散推导得到。此时需将次镜绕零彗差点旋转该角度,就实现了望远镜的装调过程。

　　2　机械粗调过程

　　2. 1　建立基准轴

　　对于地平式望远镜来说,一般将其俯仰轴作为第一个基准,第二个基准为与俯仰轴垂直相交并且通过主镜室中心的直线,一般称其为主光轴(OPT),整个装调过程基于以上两个基准实现。要确定这两个基准,一般借助于测微准直望远镜或者瞄准镜配合带十字丝的平面镜以及五棱镜。只有当基准建立完成后,才可以进行后续的通过支撑调整或者其他调整实现主镜和次镜的光轴准直。

　　图1所示为欧南台8 m级望远镜VLT建立基准的方法。通过一个带十字丝的平面镜和一个瞄准镜确立俯仰轴,在俯仰轴和方位轴的交点处设置五棱镜,观察适配器中心的十字丝,并通过主镜下面的平行光管发出的准直光束经反射镜发射,在瞄准镜中观察来校正平行光管的光轴。将五棱镜安装上楔形,并180°旋转,通过45°反射镜、五棱镜、反射镜,最后在瞄准镜中观察到平行光管的光点,借此调整五棱镜位置。最后将瞄准镜放置在十字丝位置处,观察反射镜,此时,瞄准镜的光轴即为主光轴,至此基准建立完成。