一种双焦点离轴反射光谱仪光学系统的研制

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离轴三反系统是最为常用的反射光学系统之一,具有视场大,像质好的特点。完善成像的离轴三反系统的设计装调工作已经较为成熟,国内外已经展开了长期研究,取得了大量的研究成果。然而有一些出于特殊使用目的的离轴三反系统,其并非成完善像,最终成像结果残留有较大波前差,这给系统的装调检测带来困难。为此,本文以一种双焦点离轴反射光谱仪用光学系统的设计、加工、装调为研究内容,设计了一种非完善成像离轴三反系统的补偿装调方式。本文研究的一种双焦点离轴反射光谱仪用光学系统为离轴三反系统,主镜为凹双曲面,次镜为球面,三镜为凹扁球面。其配合后置光学系统使用,设计波前残留RMS(root mean square)为0.903λ(λ=0.6328μm)。其残留波前较大,不易确定失调量来源,给直接装调检测带来了困难。本文首先论述了系统设计及公差分析过程,并依据三反系统的光学结构,结合高斯光学及像差理论,推导出了系统检测所采用的补偿系统光学结构,并对该结构进行公差分析。结果表明该补偿系统可用于系统的装调。其次对镜片的加工检测过程以及最终检测结果进行说明,非球面镜采用补偿检测的方式,根据该检测方式设计了检测所需的补偿系统,并对设计结果进行了公差及鬼像分析,最终检测结果三片镜片的面形精度RMS分别为0.012λ、0.01λ、0.012λ。接着论述了整个离轴三反系统的机械结构,将系统机械结构和检测完成的光学部件进行装配,并对装配好的光学结构进行复测,保证其均处于给定的公差范围之内,对设计出的补偿系统进行定心装配,保证其补偿效果。最终,利用该补偿系统成功的实现了系统的装调,在装调过程中采用干涉仪进行装调检验,以波前差及Zernike多项式的数据指导装调过程。最终装调结果:波前RMS为0.13647λ,PV为0.89459λ(λ=0.6328μm)。
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