LAMOST子镜真空镀铝系统中的多点蒸发源建模分析

　　对大口径天文望远镜镜面镀膜来说，膜层的光学性能和机械性能都是十分重要的评价指标。机械性能很大程度上依赖于镀膜机真空系统配置的优劣，而光学性能则由镀膜机综合性能所决定。由于天文望远镜镜面口径巨大，镜面的精度要求非常高，支撑结构复杂，镀膜时镜子的装拆和搬运非常不方便，为了能够方便安全地镀制出机械性能和光学性能都满足要求的膜层，必须根据每一个望远镜镜面的具体情况，设计与之要求相匹配的镀膜系统。因此，一般望远镜都专门配备一台定制的镀膜设备。国外比较典型的有美国MMT 天文台的 MMT 6.5 m 主镜的专用镀膜机和日本 SUBARU 望远镜 8.2 m 主镜的专用镀膜机，这两台镀膜机的共同特点是采用了蒸发式镀膜形式，由于镜面口径大，焦比快，都采用了多圈同心的，每一圈上均匀分布多组钨丝的环状蒸发源(Multi- ring evaporative sources)，以获得良好的膜层均匀性。实际上，多圈的蒸发源是由单圈蒸发源发展起来的，MMT- 6.5 m 主镜和 SUBARU 8.2 m主镜成功实现镀膜之前，分别进行了中间镀膜试验，试验镜的口径分别为 1.8 m 和 1.6 m。在这两个原型试验中，镜面口径在 2 m 以下，只需要一圈蒸发源就可以实现膜层均匀性的要求了。本文将讨论国家重大科学工程项目“大天区面积多目标光纤光谱望远镜”(简称 LAMOST)的子镜的镀膜问题，LAMOST 望远镜是一架反射式的 Schmidt望远镜，其光学系统由一块反射式 Schmidt 改正板和一块球面主镜组成，它们分别由 24 块 MA子镜和 37 块 MB子镜拼接而成。两种形式的子镜的外轮廓均为正六边形，对角线长度为 1.1 m。这些子镜要求镀有性能良好的反射膜，光谱范围为370~900 nm。考虑 LAMOST 子镜外形及其支撑结构的特殊性，参考 MMT 和 SUBARU 望远镜的镀膜形式，采用多点蒸发镀铝膜的结构。本文将建立模型分析计算蒸发源的布局对膜层均匀性的影响，从中筛选出既能满足均匀性要求又对镀膜机总体设计特别是减小镀膜室尺寸有价值的蒸发系统布局方案。

　　1 模型的建立

　　LAMOST 的 M_^A为平面镜，M_^B子镜 为 球 面镜，由于 M_^B子镜曲率半径比较大(40 m)，非常接近于平面镜，于是在做计算的时候就把所有的子镜都当作平面镜对待。图 1 显示整个蒸发沉积系统的模型，钨丝作为标准的点蒸发源，均匀地分布在一个半径为 r 的圆周上，镜子平面到该环状蒸发源的距离(源基距)为 h，蒸汽分子的发射角为 φ，在镜子平面上的入射角为 θ，点蒸发源到镜面某个具体点的距离为 R。用一个离散的点阵来代表镜子平面，这样每个点以及点蒸发源在统一的直角坐标系中都有具体的位置坐标，由膜厚计算公式