φ500mm阵列透镜波前采样器的研制

　　在空间光学等领域中,大口径光学元件已成为不可缺少的重要部件之一。而在这些大口径光束参数测试中,需要将大口径光束变换成光电探测器能够测量的细光束,这一过程常采用光学缩束器或聚焦镜实现。当光学口径大于500 mm时,随着口径的增加,高像质的平行光管或聚焦镜的加工技术难度及成本呈非线性增长,采用以上方法受到很大程度的限制。在大型天文望远镜主镜的检验中,多采用哈特曼检验法[1-5],早期工作中对哈特曼光斑点阵的处理是通过照相底片实现的,测量误差较大。近年来,欧洲数国联合启动了大口径天文探测系统研究,这些研究中望远镜光学系统多为Ritchey-Chretien(RC)结构[6-7],由于被检光学系统为聚焦系统,因此光束的口径变换可以通过被检光学器件自身实现。对于无焦或焦距在无穷远的光学系统,以上的检验方案都不适合。本文结合目前大口径发射光学系统和光束波前检测问题,提出采用大型阵列透镜实现大口径光束采样和变换的方法,可以直接对大口径光学系统和光束进行采样测量。

     1　阵列透镜

　　根据实际测试工作和研究需要,设计了一个25×25(每角删去33个子孔径,中心区域删去9个子孔径,有效孔径数为484)单元500 mm的阵列透镜,阵列透镜的空间布局如图1所示。此阵列透镜由484片质量较好的单透镜组成,采用圆形分布,单元间隔为20 mm,采样孔径为5 mm,中心3×3区域为光学成像系统安装位置。单元透镜通过专用光学胶固定在基板上。图2为大口径阵列透镜的实物图。

　　用于实验阵列透镜研制的单元透镜主要设计参数如下:透镜焦距f1为1 500 mm,直径为10 mm,中心厚度为3.5 mm,材料为K9玻璃。透镜的第二面为一平面,此平面作为阵列透镜列的装配基准面。

     2　阵列透镜波前采样器

　　由于波前测量系统较为复杂,而阵列透镜波前采样器只是其中的一部分,因此,实现波前测量需要阵列透镜波前采样器、CCD、成像屏和图像采集处理各系统参数合理匹配。

　　本文设计的波前测量系统布局如图3所示。图4为波前测量系统的实物装置图。本系统采用的成像CCD相机响应光谱范围为0.4~0.9μm,动态范围大于50 dB,帧频60 Hz,像元大小7.4μm×7.4μm。成像屏是520 mm×520 mm的毛玻璃散射屏,均匀性小于5%。图像处理系统用波面恢复软件完成图像的采集与处理,并重构恢复波前。待测光从系统的阵列透镜处入射,经大口径阵列透镜后在2 m处的成像屏上成像,调节CCD相机的焦距并得到成像屏上的清晰图像,采集图像并利用波面恢复软件计算处理。