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旋转式大气色散校正器的优化设计方法

蒋红梅 胡源 邹慧田 侯禛敏

蒋红梅, 胡源, 邹慧田, 侯禛敏. 旋转式大气色散校正器的优化设计方法[J]. 188bet网站真的吗 . doi: 10.37188/CO.2024-0204
引用本文: 蒋红梅, 胡源, 邹慧田, 侯禛敏. 旋转式大气色散校正器的优化设计方法[J]. 188bet网站真的吗 . doi: 10.37188/CO.2024-0204
JIANG Hong-mei, HU Yuan, ZOU Hui-tian, HOU Zhen-min. Optimization design method for counter-rotating prisms atmospheric dispersion corrector[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2024-0204
Citation: JIANG Hong-mei, HU Yuan, ZOU Hui-tian, HOU Zhen-min. Optimization design method for counter-rotating prisms atmospheric dispersion corrector[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2024-0204

旋转式大气色散校正器的优化设计方法

cstr: 32171.14.CO.2024-0204
基金项目: 吉林省自然科学基金项目(No. 20240101360JC)
详细信息
    作者简介:

    蒋红梅(1998—),女,黑龙江绥化人,硕士研究生,2019年于长春理工大学获得学士学位,主要从事光学系统设计及检测方面的研究。E-mail:jianghongmei246@163.com

    胡 源(1981—),女,吉林长春人,教授,博士生导师,2012年于长春理工大学获得光学工程专业工学博士学位,2013年至2015年于北京理工大学做博士后研究,主要从事光学设计与检测方面的研究。E-mail:huy@cust.edu.cn

    邹慧田(1997-),女,吉林白山人,硕士,主要从事光学系统设计方向的研究。E-mail: zouhuitian1997@126.com候禛敏(1998-),女,江苏无锡人,硕士,主要从事光学系统设计及检测方向的研究。E-mail: 920720154@qq.com

  • 中图分类号: TP394.1;TH691.9

Optimization design method for counter-rotating prisms atmospheric dispersion corrector

Funds: Supported by Natural Science Foundation of Jilin Province of China (No. 20240101360JC)
More Information
  • 摘要:

    旋转式大气色散校正器(Atmospheric Dispersion Corrector,ADC)在大口径天文望远镜的大气色散校正中得到了广泛应用。为得到旋转式ADC最佳优化设计方法、有效补偿色散并抑制由ADC引入的光轴偏移,本文基于传统的旋转式ADC大气色散补偿理论,建立了旋转式ADC光线路径的矢量模型,进而推导了色散补偿及光轴偏移矢量模型。基于该数学模型仿真分析了ADC不同参数对色散补偿效果、棱镜旋转角度及光轴偏移的影响。仿真结果表明:不同材料组合和不同胶合型式的旋转式ADC,在补偿相同的大气色散时,棱镜组对旋角度相差不大,其差值随天顶角的增加而增加;选择折射率在中心波长附近位置相同的材料,可以降低ADC出射光色散残差,提高色散补偿效果。ADC旋转补偿不同天顶角的大气色散时,系统光轴偏移角度随胶合面数量的增加而减小;每增加一个胶合面数量,光轴偏移角度可下降一个数量级。实际应用设计ADC时,可通过控制胶合数量及材料选取的方法有效补偿色散并抑制光轴偏移。

     

  • 图 1  旋转式ADC光线追迹图

    Figure 1.  Counter-rotating prisms ADC ray tracing diagram

    图 2  光轴偏移示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of optical axis offset

    图 3  ADC对旋角度随天顶角变化曲线图

    Figure 3.  ADC rotation angle variation curves with zenith angle

    图 4  所有棱镜转动角差值统计图

    Figure 4.  Statistical data of all prism rotation angle differences

    图 5  折射率曲线图

    Figure 5.  Refractive index curve image

    图 6  光轴偏移角随天顶角变化关系曲线

    Figure 6.  Curve of the relationship between optical axis offset angle and zenith angle variation

    图 7  旋转式ADC设计流程图

    Figure 7.  Design flowchart of the counter-rotating prisms ADC

    表  1  仿真参数表

    Table  1.   Simulation parameter table

    仿真参数
    大气压强 78640 Pa
    气温 约20 °C
    工作波长 0.4 μm~0.8 μm
    天顶角 0°~70°
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    表  2  ADC结构仿真数据表

    Table  2.   Structure simulation data of ADC

    ADC型式 材料组成 胶合面倾角仿真结果/°
    双胶合 2-1 SK13、KZFS6 39.154
    2-2 P-SK100、KZFS6 34.64
    2-3 D-ZK3L、KZFS6 34.313
    三胶合 3-1 SK13、KZFS6、D-ZK3L 38.810、0.534
    3-2 SK8、KZFS1、SK9 13.160、-20.212
    四胶合 4-1 D-ZK21、K-SK4、
    F7、N-SF19
    −35.605、20.515、−29.321
    4-2 K-LAFK65(M)、SF9、
    SK13、KZFS6
    0.149、0.143、38.366
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    表  3  不同型式的旋转式ADC对旋角度随天顶角变化仿真结果表(单位:°)

    Table  3.   Simulation results of different types of ADC with varying rotation angles with respect to the zenith angle (Unit: °)

    天顶角棱镜组旋转角
    2-12-22-33-13-24-14-2
    700.0040.0290.0140.0000.0000.0000.000
    6918.50218.48518.51018.50118.50018.50018.497
    6825.69725.68825.70725.70325.70125.69525.691
    6538.65138.64938.66338.65738.65138.64738.643
    6050.88750.88150.89250.88450.87850.88350.874
    5064.26964.26964.27264.26964.25864.26664.261
    4072.20072.20172.20172.19872.19472.19872.195
    2082.38082.38182.38082.38082.37682.37982.379
    090.00090.00090.00089.99490.00090.00090.000
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    表  4  所有胶合类型的ADC旋转角度差值统计结果表

    Table  4.   Statistical results of rotation angle differences for all types of ADCs

    天顶角(°)所有胶合类型ADC旋转角度差值(°)
    PV平均值rms
    700.0290.0110.016
    690.0250.0080.011
    680.0190.0080.010
    650.020.0080.009
    600.0180.0070.008
    500.0140.0060.007
    400.0070.0030.004
    200.0050.0020.002
    00.0060.0020.003
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    表  5  不同型式的ADC出射光色差统计数据表(单位:″)

    Table  5.   Different Types of ADC Output Color Deviation Statistical Data Table (Unit:″)

    ADC结构型式出射光色差
    最大值平均值
    双胶合2-10.00150.0008
    2-20.00480.0025
    2-30.10380.0591
    三胶合3-10.00150.0008
    3-20.00210.0013
    四胶合4-10.00040.0002
    4-20.00160.0008
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    表  6  不同型式ADC光轴偏移角度统计表(单位:″)

    Table  6.   Statistical Table of Optical Axis Offset Angle for Different Types of ADCs (Unit: ″)

    结构形式材料组成光轴偏移角度最大值光轴偏移角度平均值平均光轴偏移角度
    双胶合2-1SK13、KZFS61.83E-021.05E-022.34E-02
    2-2P-SK100、KZFS66.37E-023.62E-02
    三胶合3-1SK2、KZFS1、P-SK57Q13.01E-031.64E-032.39E-03
    3-2N-ZK7、KZFS6、SK16.08E-033.15E-03
    四胶合4-1SSK1、D-ZK21-25、KZFS4、LAK211.04E-036.05E-047.26E-04
    4-2K-LAFK65(M)、SF9、SK13、KZFS61.58E-038.47E-04
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