根据极轴式望远镜的工作特点,以口径为700 mm的极轴式望远镜主镜室系统为例,确定了一套主镜支撑方案。借助于有限元分析软件MSC.Patran详细地建立了系统的有限元模型,选取多种工况,分析了系统在自重作用下的镜面变形情况,绘制了镜面变形误差PV值和RMS值的变化曲线。结果表明：镜面变形主要受α角的影响,随着α的增大而减小,径向支撑效果优于轴向支撑效果,镜面变形误差满足设计指标要求。在主镜室系统竖直放置时,利用Zygo干涉仪测得带支撑结构的镜面变形误差RMS值为28.48 nm,表明主镜在该支撑结构作用下的面形接近于加工检测时的状态,同时也验证了有限元模型的准确性。

<正> 在光刻技术中,由于对部件面形需求达到均方根0.005λ,其部件技术要求通常已超越了商业高速光学制造设备的能力。即使在研磨抛光设备采用了计算机数字控制前后处理及象通过离子束这样的先进技术进行最后成形和计算机控制抛光,光学元件仍须有精良技艺的技师的有效工作,因此而带来可靠性,可预见性、生产率、造价以及专业劳动力的获得等方面的问题。

为了提高大口径薄镜面望远镜主镜在不同俯仰角度的支撑面形精度,采用模态振型模式定标实时对主镜面形进行了主动校正。针对口径为620mm,厚度为18mm,底支撑采用36点主动支撑,侧支撑采用6点切向被动支撑的薄镜面主动支撑系统,分析了主镜自由振动时的模态振型;在进行主动校正前将其前10阶模态振型的RMS值归一化为1 000nm,定标出相应的校正力;分析了不同俯仰角下主镜面形的变化,并采用最小二乘法用模态振型为底基函数拟合了主镜面变形,求解出主动校正力;对比校正面形和原始面形的关系,在二次主动校正之后分析了拟合残差和校正残差的关系。最终校正结果显示,主镜竖直放置时,用最大2.23N的校正力可将其面形RMS从27.62nm校正到12.95nm;主镜水平放置时,用最大0.59N的校正力可将其面形RMS从7.68nm校正到2.84nm。得到的结果验证了采用模态振型校正主镜面形的...

为了研究和优化地基大口径望远镜系统的整体性能,对其整系统进行了有限元建模和分析。针对1.23 m口径的光电望远镜,研究了望远镜各部件的结构特点及连接关系,论述了相关部件的简化方法,建立了整系统的有限元模型。计算了当望远镜指向天顶和水平状态时系统的重力变形情况,给出主次镜的变形结果。分析了望远镜在风载和地震波载荷作用下的动态响应情况并给出了响应结果。分析表明：风载作用将引起望远镜主次镜光轴偏心,其偏心误差RMS值为0.025″,满足系统设计要求;地震波引起主次镜在3个方向上的位移较大,但最大应力为16.67 MPa,不会破坏望远镜系统的结构。

针对口径为2060mm的地基大口径望远镜主反射镜，选用SiC材料和新型拱形轻量化结构进行了详细的轻量化参数设计，并对支撑环半径进行了优化。对于Whiffie tree 18点支撑和27点支撑形式，从静力学（重力作用）和热力学两方面对比分析了两种轻量化结构的镜面变形，结合SiC反射镜的加工工艺，最终确定18点支撑的轻量化结构为首选方案。同时，就SiC反射镜对稳态温度差导致的热变形较敏感的问题，提出可通过设计与镜体热变形相匹配的支撑结构来满足镜面变形的要求。

第三反射镜（简称三镜）在大口径地基光电望远镜系统中作为关键部件之一,其面形精度直接影响着望远镜光学系统成像质量.为准确设计出符合工程实际的三镜结构,从三镜镜体几何尺寸、镜坯材料、轻量化孔结构形式、支撑方式等方面进行分析,并借助于有限元工程分析软件ANSYS,MSC.Patran/Nastran对三镜的支撑点位置、支撑孔壁厚度、镜面面板厚度、镜子外边框厚度、背部肋板厚度以及镜子外边缘倒角尺寸等镜体结构参数进行优化分析,得到了使镜面面形最优的镜体各结构参数.优化后三镜镜面变形RMS值为8.98 nm、PV值为38.03nm,均满足光学设计要求.研究成果可为同类光机系统设计提供参考.

为了解40cm水平式望远镜经纬轴系的刚度，并解决轴系误差检测值与实际使用中轴系精度之间的矛盾，本文采用有限元法，对经纬轴系关键性部件进行了模态分析和重力变形分析，分析结果表明结构刚度满足设计指标要求。利用不同经度角下经轴轴系支撑结构的重力变形分析结果，计算出重力变形引起的经轴晃动误差，并与检测结果进行比较，得出两者均具有随经度角改变而正弦变化的相同规律。利用计算值对检测值进行误差补偿，使得经轴轴系晃动误差PV值从7.2″降到2．6″，RMS值从0．7″降到0.3″，补偿后的经轴晃动误差更符合实际使用状态下的轴系精度情况，可作为经轴轴系性能是否满足指标要求的准确判据。

为了在实验的基础上研究相位差法在拼接镜piston波前探测中的性能,本文在球面镜上放置两个合成口径分别为200 mm和50 mm的拼接形光阑,进行了模拟拼接实验。依据相位差法的基本原理,通过优化计算可得piston误差分别小于25 nm和1 nm,以此验证了相位差法在拼接镜piston波前探测中的能力,并为将相位差法用于实际拼接镜系统波前探测打下了一定的基础。

大口径望远镜主镜的面形精度是影响望远镜成像质量的关键因素之一。光电系统中主镜轴向支撑点位置，对面形精度起着非常重要的作用，主镜支撑点位置合理与否，在一定程度上影响着光学系统的成像质量。本文对大口径望远镜主镜的轴向支撑和径向支撑技术进行了详细地研究，利用有限元软件ANSYS建立了主镜的参数化模型，对不同口径主镜的轴向支撑点数目和位置进行了优化，从而给出了最佳支撑点的位置。优化分析结果表明了，主镜的面形精度满足系统的精度要求，并且轴向支撑对镜面的面形影响较大。

轴向支撑对大口径主镜的定位及镜面变形有着重要的作用，为了深入开展该课题的研究，在传统机械whime．tree支撑的基础上引入了轴向液压Whiffle，tree支撑。首先，从三点运动学定位支撑原理出发，介绍了Whiffle．tree支撑的特点与分类，着重对比分析了液压Whiffle．tree和机械Whiffle．tree支撑的优缺点。进而，根据液压Whiffie．tree的特点，分析推导了其建模方法，并运用该方法对一块18点液压轴向支撑的大口径主镜进行了静力学分析与优化，拟合后镜面变形RMS值为18．6nm，满足设计要求。同时通过对不同建模分析结果的对比，验证了该建模方法的合理性和正确性，为大口径主镜的轴向支撑分析提供了一种参考。