一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，包括激光器(1)，擴(kuò)縮束系統(tǒng)(2)，熱視場(chǎng)光闌(3)，縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)(4)，波前探測(cè)器(5)，泵(6)，恒溫水箱(7)，熱視場(chǎng)光闌溫度傳感器(8)，空氣溫度傳感器(9)和計(jì)算機(jī)(10)。熱視場(chǎng)光闌是太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部最重要的熱控器件之一，其溫升引發(fā)的內(nèi)部視寧度效應(yīng)極大地限制了太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡的性能。該裝置能夠?qū)夭钆c內(nèi)部視寧度效應(yīng)間的定量關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果可以通過(guò)對(duì)溫差的測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)的定量測(cè)量，為大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)控制提供了重要依據(jù)。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，實(shí)用性和創(chuàng)新性強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)測(cè)量領(lǐng)域，特別是針對(duì)一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類對(duì)太陽(yáng)物理學(xué)研究的不斷深入，對(duì)太陽(yáng)表面活動(dòng)觀測(cè)所需的空間、時(shí)間和光譜分辨率要求不斷提高，因此，對(duì)太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡口徑的需求不斷增大。而太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡口徑增大一倍，其集光能力提升的同時(shí)，由此導(dǎo)致的望遠(yuǎn)鏡熱載荷升高將達(dá)3?4倍。為了解決太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡日益嚴(yán)重的熱效應(yīng)問(wèn)題，保護(hù)后繼光學(xué)系統(tǒng)安全，太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡普遍采用熱視場(chǎng)光闌，通過(guò)視場(chǎng)限制，將大部分太陽(yáng)輻射能量截止在熱視場(chǎng)光闌上，從而對(duì)后繼光學(xué)系統(tǒng)起到保護(hù)的作用。
[0003]目前，世界太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡已發(fā)展到米級(jí)。由于米級(jí)口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡封窗玻璃制造困難且易引起壓力雙折射效應(yīng)，大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡均放棄了傳統(tǒng)的真空式鏡筒而采用開(kāi)放式鏡筒。對(duì)于米用開(kāi)放式鏡筒的太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，其熱視場(chǎng)光闌暴露于空氣中。熱視場(chǎng)光闌在截止大部分太陽(yáng)輻射能量保護(hù)后繼光學(xué)系統(tǒng)的同時(shí)，也會(huì)吸收部分熱量，造成熱視場(chǎng)光闌基體溫升，加劇鏡筒內(nèi)空氣不穩(wěn)定性，最終惡化太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡成像像質(zhì)，該影響過(guò)程稱為太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌的內(nèi)部視寧度效應(yīng)。
[0004]2002年，美國(guó)ATST太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡研究人員提出，熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境之間的溫差是造成太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)的直接原因，但溫差與內(nèi)部視寧度效應(yīng)間的關(guān)系尚不明確(Heat Stop Conceptual Development, Project Documentation,2OO2)。2OO3 年，德國(guó)GREGOR太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡研究人員提出，可以通過(guò)對(duì)熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差進(jìn)行主動(dòng)控制來(lái)削弱熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)，并給出了帶有水冷系統(tǒng)熱視場(chǎng)光闌設(shè)計(jì)方案(Opticaland thermal design of the main optic of the solar telescope GREGOR, SPIEVol.5179，2003)。2010年，歐洲EST太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡研制團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)熱視場(chǎng)光闌引發(fā)鏡筒內(nèi)空氣不穩(wěn)定性的過(guò)程進(jìn)行流固耦合仿真發(fā)現(xiàn)，熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差越小，則其引發(fā)的視寧度效應(yīng)越小，并定性地給出了其熱視場(chǎng)光闌的溫控目標(biāo)和適合于EST太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌設(shè)計(jì)方案(The heat stop for the4_m European Solar Telescope EST, SPIEVol.773377332Z-1, 2010)。
[0005]目前對(duì)熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的評(píng)價(jià)依賴溫差測(cè)量間接獲得，且熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差同其內(nèi)部視寧度效應(yīng)之間的定量關(guān)系尚不明確，難以通過(guò)對(duì)熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境的溫差測(cè)量，直接定量反映熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)。因此，要定量衡量熱視場(chǎng)光闌引起的太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)，還需要建立視寧度效應(yīng)與環(huán)境溫差之間的定量關(guān)系。
[0006]基于以上背景，本專利提出一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，該裝置通過(guò)對(duì)溫差與內(nèi)部視寧度效應(yīng)間的定量關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果可以通過(guò)對(duì)溫差的測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)的定量測(cè)量，大大降低了熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的監(jiān)測(cè)難度。同時(shí)，本發(fā)明可充分利用熱視場(chǎng)光闌現(xiàn)有溫控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱視場(chǎng)光闌工作過(guò)程的模擬，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；另一方面，使熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定可不依賴于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)獨(dú)立進(jìn)行，排除了望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)其他部件對(duì)標(biāo)定結(jié)果的影響，提聞了標(biāo)定準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:為太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌工作過(guò)程中引發(fā)的內(nèi)部視寧度效應(yīng)提供一套標(biāo)定裝置，建立起不易被直接定量測(cè)量的熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)，同容易測(cè)量的熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差的標(biāo)定曲線，通過(guò)對(duì)熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差的定量測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的定量測(cè)量。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:
[0009]一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，由光學(xué)部分、溫控部分和監(jiān)測(cè)部分三模塊組成；
[0010]光學(xué)部分包括:激光器，擴(kuò)縮束系統(tǒng)，熱視場(chǎng)光闌，縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)和波前探測(cè)器，該部分主要作用是模擬太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡光路及搭建波前像差檢測(cè)光路；首先，激光器出光經(jīng)過(guò)擴(kuò)縮束系統(tǒng)擴(kuò)束、縮束后轉(zhuǎn)化為一束會(huì)聚光并形成一個(gè)實(shí)焦點(diǎn)，即熱視場(chǎng)光闌安裝位置；然后，激光光束經(jīng)由熱視場(chǎng)光闌的內(nèi)部通光通道及縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)，最后，進(jìn)入波前探測(cè)器，可直接測(cè)得波前RMS值，環(huán)圍能量或遠(yuǎn)場(chǎng)斯特列爾比；其中，擴(kuò)縮束系統(tǒng)中緊鄰熱視場(chǎng)光闌的透鏡或反射鏡F數(shù)應(yīng)等于或略大于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主鏡F數(shù)，以保證通過(guò)熱視場(chǎng)光闌的光錐錐角與太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡中通過(guò)其的光錐錐角相同或相近，盡可能保證標(biāo)定過(guò)程與實(shí)際使用的一致性；縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)縮束比例應(yīng)取決于標(biāo)定裝置中具體采用的波前探測(cè)器所需的進(jìn)光口徑，并在功能上實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的縮束準(zhǔn)直即可；上述過(guò)程實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)光通過(guò)熱視場(chǎng)光闌的全過(guò)程模擬及后續(xù)波前像差檢測(cè)；
[0011]溫控部分包括:熱視場(chǎng)光闌，泵，恒溫水箱及相應(yīng)管線；上述各部分通過(guò)管線連接構(gòu)成一個(gè)封閉系統(tǒng)，在泵的驅(qū)動(dòng)下形成循環(huán)，恒溫水箱通過(guò)對(duì)冷卻液進(jìn)行溫控，對(duì)熱視場(chǎng)光闌構(gòu)建恒溫場(chǎng)；溫控部分可基于熱視場(chǎng)光闌，利用恒溫水箱，通過(guò)注入恒溫水對(duì)熱視場(chǎng)光闌進(jìn)行主動(dòng)溫控，模擬熱視場(chǎng)光闌在匯聚太陽(yáng)輻射加熱下引起的溫升；
[0012]監(jiān)測(cè)部分包括:光闌溫度傳感器，環(huán)境溫度傳感器，計(jì)算機(jī)及相應(yīng)線纜，其主要作用是利用環(huán)境溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄熱視場(chǎng)光闌及環(huán)境溫度，并利用計(jì)算機(jī)計(jì)算熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差；
[0013]該標(biāo)定裝置的標(biāo)定操作過(guò)程如下所述:首先，安裝待標(biāo)定熱視場(chǎng)光闌，待其溫度與環(huán)境恒溫至相同時(shí)，開(kāi)啟激光器，通過(guò)波前探測(cè)器對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)像差進(jìn)行標(biāo)定；然后，設(shè)置恒溫水箱的出水溫度，開(kāi)啟泵；最后，待熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差恒定后，對(duì)波前進(jìn)行測(cè)量，獲得波前像差的定量指標(biāo)，即完成一組溫差與對(duì)應(yīng)波前像差數(shù)據(jù)的測(cè)量；重復(fù)上述過(guò)程，可以獲得一系列溫差與對(duì)應(yīng)的波前像差數(shù)據(jù)，通過(guò)查表的方式，即可實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差的測(cè)量獲得相應(yīng)溫差下的波前像差，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的定量測(cè)量。
[0014]其中，光學(xué)部分的擴(kuò)縮束系統(tǒng)中緊鄰熱視場(chǎng)光闌的光學(xué)件，采用透鏡或反射鏡，其F數(shù)需與熱視場(chǎng)光闌所應(yīng)用的太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主鏡F數(shù)相同或相近。[0015]其中，光學(xué)部分的縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)縮束比例應(yīng)與波前探測(cè)器所需的進(jìn)光口徑相匹配。
[0016]其中，光學(xué)部分的波前探測(cè)器能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量波前像差，并直接給出定量指標(biāo)。
[0017]其中，波前探測(cè)器可采用哈特曼傳感器，剪切干涉儀或曲率傳感器。
[0018]其中，只要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)畸變波前的實(shí)時(shí)定量測(cè)量的探測(cè)器，均可用作為所述波前探測(cè)器。
[0019]本發(fā)明的原理:
[0020]所述的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，通過(guò)光學(xué)部分重建熱視場(chǎng)光闌工作光路，使得熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定不依賴于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)獨(dú)立進(jìn)行。同時(shí)，光學(xué)部分增加后端準(zhǔn)直及波前探測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)通過(guò)熱視場(chǎng)光闌的光束波前像差進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)波前像差的定量指標(biāo)直接評(píng)價(jià)熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)。
[0021]通過(guò)溫控部分主動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)熱視場(chǎng)光闌的溫升，以模擬熱視場(chǎng)光闌在工作過(guò)程中受太陽(yáng)輻射加熱引起的溫升。
[0022]通過(guò)監(jiān)測(cè)部分對(duì)熱視場(chǎng)光闌和環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，獲得熱視場(chǎng)光闌和環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)溫差，作為繪制熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差同熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)標(biāo)定曲線的主要參數(shù)。
[0023]如上所述，光學(xué)部分和溫控部分的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工作過(guò)程中的熱視場(chǎng)光闌周圍光路及熱視場(chǎng)光闌溫升情況的模擬；根據(jù)監(jiān)測(cè)部分提供的熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差數(shù)據(jù)及光學(xué)部分中波前探測(cè)器獲得的實(shí)時(shí)波前像差定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，即可建立起熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差同波前像差定量評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)定曲線。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025](I).本發(fā)明提出的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)同熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差的標(biāo)定。使得長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)不易直接測(cè)量的熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的檢測(cè)，可以通過(guò)對(duì)熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差的測(cè)量實(shí)現(xiàn)，有助于實(shí)現(xiàn)熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的快速在線檢測(cè)。
[0026](2).本發(fā)明提出的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，實(shí)現(xiàn)了不依賴于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)對(duì)熱視場(chǎng)光闌工作過(guò)程進(jìn)行模擬，有效地排除了望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中其他部件對(duì)熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)標(biāo)定的干擾，提高了標(biāo)定準(zhǔn)確性。
[0027](3).本發(fā)明提出的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，可以通過(guò)往熱視場(chǎng)光闌現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)中注入恒溫水的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)熱視場(chǎng)光闌工作過(guò)程中溫升的模擬。該方法簡(jiǎn)單易行，充分利用熱視場(chǎng)光闌現(xiàn)有溫控系統(tǒng)，有效降低了標(biāo)定裝置成本及見(jiàn)雜程度。
[0028](4).本發(fā)明提出的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，該裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，由光學(xué)部分、溫控部分和監(jiān)測(cè)部分三模塊組成。三個(gè)模塊相互獨(dú)立，協(xié)同工作；僅對(duì)其中某些模塊進(jìn)行適當(dāng)改變，即可使該裝置能夠用于對(duì)不同類型熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定。該裝置使用靈活性大，適用范圍廣。
[0029](5).本發(fā)明提出的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，通過(guò)增加少量基本光學(xué)器件并充分利用熱視場(chǎng)光闌現(xiàn)有溫控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)與熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差的標(biāo)定，使得不易被直接定量測(cè)量的熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的檢測(cè)，可以通過(guò)對(duì)熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差的測(cè)量獲得；同時(shí)，該標(biāo)定裝置不依賴于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，有效地排除了望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中其他元件對(duì)標(biāo)定結(jié)果的影響，提高了標(biāo)定準(zhǔn)確性。
[0030]總之，依靠本發(fā)明提出的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，可以將長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法直接進(jìn)行太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)定量測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差的測(cè)量，大大降低了測(cè)量難度。同時(shí)，該裝置具有低成本，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)新性與實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)及望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)檢測(cè)、分析有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，I為激光器，2為擴(kuò)縮束系統(tǒng)，3為熱視場(chǎng)光闌，4為縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)，5為波前探測(cè)器，6為泵，7為恒溫水箱，8為熱視場(chǎng)光闌溫度傳感器，9為環(huán)境溫度傳感器，10為計(jì)算機(jī)。
[0032]圖2為實(shí)施方案光學(xué)部分，a為He-Ne激光器，b為針孔濾波器，c為擴(kuò)縮透鏡組，d為熱視場(chǎng)光闌組件，e為縮束準(zhǔn)直透鏡組，f為哈特曼波前傳感器。
[0033]圖3為采用“兩進(jìn)兩出”冷卻方案的熱視場(chǎng)光闌冷卻腔體結(jié)構(gòu)，h-Ι為第一入水口，h-2為第二入水口，g-Ι為第一出水口，g-2為第二出水口。
[0034]圖4為實(shí)施方案溫控部分圖，6為泵，7為恒溫水箱，1-Ι為第一分水器，1-2為第二分水器，j-Ι為第一出水管，j-2為第二出水管，k-l為第一入水管，k-2為第二入水管,熱視場(chǎng)光闌冷卻腔I。
[0035]圖5為標(biāo)定操作流程。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0037]本發(fā)明的基本思想在于提供一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，由光學(xué)部分、溫控部分和監(jiān)測(cè)部分等三模塊組成。
[0038]光學(xué)部分包括:激光器I，擴(kuò)縮束系統(tǒng)2,熱視場(chǎng)光闌3,縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)4和波前探測(cè)器5。激光器I出光經(jīng)過(guò)擴(kuò)縮束系統(tǒng)2擴(kuò)束、縮束后轉(zhuǎn)化為一束會(huì)聚光并形成一個(gè)實(shí)焦點(diǎn)，其中，熱視場(chǎng)光闌3安裝于該實(shí)焦點(diǎn)位置。激光光束經(jīng)由熱視場(chǎng)光闌3的內(nèi)部通光通道及縮束、縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)4進(jìn)入波前探測(cè)器5。上述實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)光通過(guò)熱視場(chǎng)光闌過(guò)程的模擬及后續(xù)波前像差檢測(cè)光路的搭建。
[0039]溫控部分包括:熱視場(chǎng)光闌3，泵6，恒溫水箱7及相應(yīng)管線等。本【具體實(shí)施方式】中，溫控部分基于熱視場(chǎng)光闌3現(xiàn)有冷卻腔結(jié)構(gòu)，將熱視場(chǎng)光闌冷卻腔所有進(jìn)水口和出水口通過(guò)管道相連，構(gòu)成一個(gè)封閉液體循環(huán)，并在循環(huán)中增加恒溫水箱7。通過(guò)對(duì)恒溫水箱7的出水溫度進(jìn)行設(shè)置，對(duì)熱視場(chǎng)光闌3進(jìn)行主動(dòng)溫控，以模擬熱視場(chǎng)光闌3在會(huì)聚太陽(yáng)輻射加熱下引起的溫升。
[0040]監(jiān)測(cè)部分包括:光闌溫度傳感器8，環(huán)境溫度傳感器9，計(jì)算機(jī)10及相應(yīng)線纜等。通過(guò)光闌溫度傳感器8和環(huán)境溫度傳感器9，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄熱視場(chǎng)光闌3基體及環(huán)境溫度，并利用計(jì)算機(jī)10計(jì)算熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差。
[0041]光學(xué)部分的擴(kuò)縮束系統(tǒng)2中緊鄰熱視場(chǎng)光闌3的光學(xué)件，采用透鏡或反射鏡，其F數(shù)需與熱視場(chǎng)光闌所應(yīng)用的太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主鏡F數(shù)相同或相近。
[0042]光學(xué)部分的縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)4縮束比例應(yīng)與波前探測(cè)器5進(jìn)光口徑相匹配。
[0043]光學(xué)部分的波前探測(cè)器5可以實(shí)時(shí)測(cè)量波前像差并直接如波前RMS值，環(huán)圍能量或遠(yuǎn)場(chǎng)斯特列爾比，波前探測(cè)器5可采用哈特曼傳感器，剪切干涉儀、曲率傳感器等，只要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)畸變波前的實(shí)時(shí)定量測(cè)量的探測(cè)器，均可用作為本發(fā)明中波前探測(cè)器5。
[0044]根據(jù)上述方法搭建該標(biāo)定裝置，通過(guò)溫控部分不斷對(duì)熱視場(chǎng)光闌3溫度進(jìn)行主動(dòng)控制，并實(shí)時(shí)采集和記錄熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差和對(duì)應(yīng)的波前像差定量評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以繪制出波前像差定量評(píng)價(jià)指標(biāo)隨熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差變化的標(biāo)定曲線，最終通過(guò)對(duì)該熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差的直接測(cè)量，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的定量測(cè)量。
[0045]該明發(fā)所述的光學(xué)部分，其核心作用是模擬太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡光路，其具體光學(xué)設(shè)計(jì)可以基于熱視場(chǎng)光闌所應(yīng)用的太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡。不同的太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，不同的設(shè)計(jì)者，將使得該標(biāo)定裝置的光學(xué)部分有所區(qū)別，但只要光學(xué)部分是基于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)所做的設(shè)計(jì)，無(wú)論采用何種具體設(shè)計(jì)形式，均應(yīng)視為本發(fā)明保護(hù)范疇。
[0046]所述的光學(xué)部分中，無(wú)論采用何種具體光學(xué)設(shè)計(jì)，光路中應(yīng)至少有一個(gè)實(shí)焦點(diǎn)，SP為熱視場(chǎng)光闌安裝位置。
[0047]所述的光學(xué)部分中，波前探測(cè)器5不限于種類及探測(cè)算法，只要能實(shí)現(xiàn)對(duì)波前像差的探測(cè)并給出定量評(píng)價(jià)指標(biāo)即可。
[0048]溫控部分主要作用是對(duì)熱視場(chǎng)光闌進(jìn)行主動(dòng)溫控。溫控部分可以是基于熱視場(chǎng)光闌3設(shè)計(jì)全新的溫控裝置，也可以基于熱視場(chǎng)光闌3現(xiàn)有溫控系統(tǒng)進(jìn)行部分改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱視場(chǎng)光闌3的溫控。無(wú)論采用何種溫控裝置和溫控方式，只要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)熱視場(chǎng)光闌3溫度的主動(dòng)控制，均應(yīng)視為本發(fā)明保護(hù)范疇。
[0049]所述的溫控部分，如果基于現(xiàn)有溫控系統(tǒng)，通過(guò)增加恒溫水箱7，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱視場(chǎng)光闌3的主動(dòng)溫控，采用的循環(huán)介質(zhì)不限于水，也可以是其他具有相同作用的液體。
[0050]所述的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，無(wú)論溫度傳感器數(shù)量、種類、布局方式、測(cè)量方式等，監(jiān)測(cè)部分至少能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量并記錄熱視場(chǎng)光闌溫度和環(huán)境溫度。只要滿足上述要求，均應(yīng)視作本發(fā)明保護(hù)范疇。
[0051]所述的監(jiān)測(cè)部分，計(jì)算機(jī)10至少能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算并記錄熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差。
[0052]所述的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，能夠通過(guò)溫控部分主動(dòng)控制熱視場(chǎng)光闌溫升，并通過(guò)波前探測(cè)器5獲得相應(yīng)熱視場(chǎng)光闌溫升下對(duì)應(yīng)的波前像差定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，配合監(jiān)測(cè)部分實(shí)測(cè)的熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差數(shù)據(jù)，建立熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差隨波前像差定量評(píng)價(jià)指標(biāo)變化的標(biāo)定曲線。
[0053]所述的波前像差定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，能夠?qū)?shí)測(cè)的波前像差進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)指標(biāo)可以采用像差理論中常用的波面RMS值、環(huán)圍能量等定量指標(biāo)，也可以是其他自定義的評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。只要指標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)波前像差的定量評(píng)價(jià)，均屬于本發(fā)明保護(hù)范疇。
[0054]實(shí)例I
[0055]—種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)標(biāo)定裝置的可能實(shí)施方案，具體的:
[0056]光學(xué)部分包括=He-Ne激光器a，針孔濾波器b，擴(kuò)縮束透鏡組C，熱視場(chǎng)光闌組件d，縮束準(zhǔn)直透鏡組r，哈特曼波前傳感器f組成。激光器a出光經(jīng)過(guò)針孔濾波器b后形成發(fā)散光束，經(jīng)過(guò)擴(kuò)縮束透鏡組c后轉(zhuǎn)化為一束會(huì)聚光并形成一個(gè)實(shí)焦點(diǎn),其中,熱視場(chǎng)光闌d中心通孔安裝于該實(shí)焦點(diǎn)位置。激光光束經(jīng)由熱視場(chǎng)光闌d的內(nèi)部通光通道及縮束準(zhǔn)直透鏡組e進(jìn)入哈特曼波前傳感器f，獲得實(shí)時(shí)波前像差RMS值。上述實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)光通過(guò)熱視場(chǎng)光闌過(guò)程的模擬及后續(xù)波前像差檢測(cè)光路的搭建。
[0057]其中，針孔濾波器b為一針孔和一顯微物鏡(正透鏡)組成的光學(xué)系統(tǒng)。可將He-Ne激光器a出光轉(zhuǎn)化為一點(diǎn)源發(fā)散光束。
[0058]其中，擴(kuò)縮束透鏡c組由兩片雙膠合正透鏡組成，將發(fā)散光束準(zhǔn)直后轉(zhuǎn)換為收縮光束。
[0059]其中，縮束準(zhǔn)直透鏡組r由兩片雙膠合正透鏡和一片雙膠負(fù)透鏡依次放置組成，經(jīng)過(guò)熱視場(chǎng)光闌組件d的發(fā)散光束通過(guò)兩片正透鏡的準(zhǔn)直縮束后，再次被負(fù)透鏡準(zhǔn)直為一定口徑的平行光，該口徑與哈特曼波前傳感器所需進(jìn)光口徑相同。
[0060]溫控部分包括:泵6，恒溫水箱7，第一分水器i_l，第二分水器i_2，第一入水管j-Ι，第二入水管j_2，第二出水管k-2，第一出水管k-Ι，和熱視場(chǎng)光闌冷卻腔I。泵6通過(guò)水管連接恒溫水箱7，恒溫水箱7通過(guò)水管連接第二分水器i_2，第二分水器1-2分別通過(guò)第一入水管j_l和第二入水管j_2連接熱視場(chǎng)光闌冷卻腔I的第一入水口 h-Ι和第二入水口 h-2 ;熱視場(chǎng)光闌冷卻腔I的第一出水口 g_l和第二出水口 g_2分別與第一出水管k-Ι和第二出水管k-2相連，再通過(guò)第一分水器1-Ι連接到泵h，即上述部分通過(guò)水管連接構(gòu)成封閉循環(huán)，在泵6的驅(qū)動(dòng)下，冷卻液經(jīng)過(guò)恒溫水箱通過(guò)熱視場(chǎng)光闌冷卻腔I對(duì)熱視場(chǎng)光闌進(jìn)行溫控，構(gòu)成恒溫場(chǎng)。
[0061]監(jiān)測(cè)部分包括:光闌溫度傳感器8，環(huán)境溫度傳感器9，計(jì)算機(jī)10及相應(yīng)線纜等。通過(guò)光闌溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄熱視場(chǎng)光闌及環(huán)境溫度，并利用計(jì)算機(jī)10計(jì)算熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差。光闌溫度傳感器8采用四線制PtlOO貼片式溫度傳感器，環(huán)境溫度傳感器9采用四線制熱敏電阻傳感器，上述傳感器均通過(guò)溫度變送模塊后接入測(cè)溫儀，通過(guò)RS-232與計(jì)算機(jī)10通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)光闌和環(huán)境溫度的在線監(jiān)測(cè)。
[0062]根據(jù)上述方法搭建該標(biāo)定裝置，標(biāo)定過(guò)程如下所述。
[0063]步驟1:放置待標(biāo)定熱視場(chǎng)光闌，保持其中心通光孔在光路實(shí)焦點(diǎn)位置。
[0064]步驟2:恒溫至熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差為零。
[0065]步驟3:開(kāi)啟激光器并標(biāo)定系統(tǒng)靜態(tài)像差。
[0066]步驟4:設(shè)置恒溫水箱出水溫度，開(kāi)啟溫控循環(huán)。
[0067]步驟5:恒溫至熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差穩(wěn)定。
[0068]步驟6:記錄熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差及畸變波前RMS值。
[0069]步驟7:進(jìn)行下一次測(cè)量，重復(fù)步驟4一7。
[0070]步驟8:根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)繪制溫差一畸變波前RMS值標(biāo)定曲線。
[0071]根據(jù)上述過(guò)程獲得的溫度一波前像差標(biāo)定曲線，即可通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的實(shí)時(shí)定量測(cè)量。
[0072]太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌工作過(guò)程中與周圍環(huán)境的溫差將引發(fā)鏡筒內(nèi)湍流，引發(fā)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)，惡化望遠(yuǎn)鏡成像質(zhì)量。由于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素眾多，長(zhǎng)期以來(lái)，熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)難以準(zhǔn)確測(cè)量。本發(fā)明提出的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，可以將熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的測(cè)量和標(biāo)定過(guò)程獨(dú)立于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，大大提高了其測(cè)量準(zhǔn)確性，同時(shí)，通過(guò)光學(xué)指標(biāo)，建立起了溫度一內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定曲線，能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)實(shí)時(shí)溫度測(cè)量的方式直接測(cè)量熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)。該發(fā)明為太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌溫控目標(biāo)的確定和太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)的分析、改善和監(jiān)測(cè)提供了有效的方法；同時(shí)，該發(fā)明充分利用熱視場(chǎng)光闌現(xiàn)有冷卻結(jié)構(gòu)和少量基本光學(xué)器件，即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)標(biāo)定過(guò)程，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，實(shí)用性和創(chuàng)新性強(qiáng)。
[0073]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭示的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解到的替換或增減，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，其特征在于:由光學(xué)部分、溫控部分和監(jiān)測(cè)部分組成； 光學(xué)部分包括:激光器(1)，擴(kuò)縮束系統(tǒng)(2),熱視場(chǎng)光闌(3),縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)(4)和波前探測(cè)器(5)，該部分主要作用是模擬太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡光路及搭建波前像差檢測(cè)光路；首先，激光器(I)出光經(jīng)過(guò)擴(kuò)縮束系統(tǒng)(2)擴(kuò)束、縮束后轉(zhuǎn)化為一束會(huì)聚光并形成一個(gè)實(shí)焦點(diǎn)，即熱視場(chǎng)光闌(3)安裝位置；然后，激光光束經(jīng)由熱視場(chǎng)光闌(3)內(nèi)部通光通道及縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)(4)，最后，進(jìn)入波前探測(cè)器(5)，可直接測(cè)得波前RMS值，環(huán)圍能量或遠(yuǎn)場(chǎng)斯特列爾比；其中，擴(kuò)縮束系統(tǒng)(2)中緊鄰熱視場(chǎng)光闌(3)的透鏡或反射鏡F數(shù)應(yīng)等于或略大于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主鏡F數(shù)，以保證通過(guò)熱視場(chǎng)光闌(3)的光錐錐角與太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡中通過(guò)其的光錐錐角相同或相近，盡可能保證標(biāo)定過(guò)程與實(shí)際使用的一致性；縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)(4)縮束比例應(yīng)取決于標(biāo)定裝置中具體采用的波前探測(cè)器(5)所需的進(jìn)光口徑，并在功能上實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的縮束準(zhǔn)直即可；上述過(guò)程實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)光通過(guò)熱視場(chǎng)光闌的全過(guò)程模擬及后續(xù)波前像差檢測(cè)； 溫控部分包括:熱視場(chǎng)光闌(3)，泵(6)，恒溫水箱(7)及相應(yīng)管線；上述各部分通過(guò)管線連接構(gòu)成一個(gè)封閉系統(tǒng)，在泵(6)的驅(qū)動(dòng)下形成循環(huán)，恒溫水箱(7)通過(guò)對(duì)冷卻液進(jìn)行溫控，對(duì)熱視場(chǎng)光闌(3)構(gòu)建恒溫場(chǎng)；溫控部分可基于熱視場(chǎng)光闌(3)，利用恒溫水箱(7)，通過(guò)注入恒溫水對(duì)熱視場(chǎng)光闌(3)進(jìn)行主動(dòng)溫控，模擬熱視場(chǎng)光闌(3)在匯聚太陽(yáng)輻射加熱下引起的溫升； 監(jiān)測(cè)部分包括:光闌溫度傳感器(8)，環(huán)境溫度傳感器(9)，計(jì)算機(jī)(10)及相應(yīng)線纜，其主要作用是利用環(huán)境溫度傳感器(9)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄熱視場(chǎng)光闌(3)及環(huán)境溫度，并利用計(jì)算機(jī)(10)計(jì)算熱視場(chǎng)光闌(3)與環(huán)境溫差； 該標(biāo)定裝置的標(biāo)定操作過(guò)程如下所述:首先，安裝待標(biāo)定熱視場(chǎng)光闌(3)，待其溫度與環(huán)境恒溫至相同時(shí)，開(kāi)啟激光器，通過(guò)波前探測(cè)器(5)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)像差進(jìn)行標(biāo)定；然后，設(shè)置恒溫水箱(7)的出水溫度，開(kāi)啟泵(6);最后，待熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差恒定后，對(duì)波前進(jìn)行測(cè)量，獲得波前像差的定量指標(biāo)，即完成一組溫差與對(duì)應(yīng)波前像差數(shù)據(jù)的測(cè)量；重復(fù)上述過(guò)程，可以獲得一系列溫差與對(duì)應(yīng)的波前像差數(shù)據(jù)，通過(guò)查表的方式，即可實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)熱視場(chǎng)光闌與環(huán)境溫差的測(cè)量獲得相應(yīng)溫差下的波前像差，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的定量測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，其特征在于:光學(xué)部分的擴(kuò)縮束系統(tǒng)(2)中緊鄰熱視場(chǎng)光闌(3)的光學(xué)件，采用透鏡或反射鏡，其F數(shù)需與熱視場(chǎng)光闌所應(yīng)用的太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主鏡F數(shù)相同或相近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，其特征在于:光學(xué)部分的縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)(4)縮束比例應(yīng)與波前探測(cè)器(5)所需的進(jìn)光口徑相匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，其特征在于:光學(xué)部分的波前探測(cè)器(5)能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量波前像差，并直接給出定量指標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，其特征在于:波前探測(cè)器(5)可采用哈特曼傳感器，剪切干涉儀或曲率傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡熱視場(chǎng)光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，其特征在于:只要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)畸變波前的實(shí)時(shí)定量測(cè)量的探測(cè)器，均可用作為所述波前探測(cè)器(5)。
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK103837330SQ201410104154
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】饒長(zhǎng)輝, 劉洋毅, 顧乃庭 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所