Computer-aided alignment for large-aperture off-axis three mirrors optical system with artificially random air flow

Jing LUO; Jinxin WANG; Guohao JU; Chenxu YOU; Yichen LIU; Tianxiao XU; Chenghao LI; Chengqiang JIANG; Mingze MA; Xu HE; Xiaohui ZHANG; Jihong DONG; Shuyan XU

doi:10.37188/OPE.20223007.0802

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Computer-aided alignment for large-aperture off-axis three mirrors optical system with artificially random air flow

Micro/Nano Technology and Fine Mechanics | 更新时间：2022-04-22

- Computer-aided alignment for large-aperture off-axis three mirrors optical system with artificially random air flow
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 7, Pages: 802-812(2022)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
  2.中国科学院大学，北京 100049
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223007.0802
  CLC： TH74;O435.2
- Received：27 December 2021，
  
  Revised：14 January 2022，
  
  Published：10 April 2022
- 稿件说明：
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罗敬,王金鑫,鞠国浩等.主动随机送风条件下大口径离轴三反光学系统的计算机辅助装调[J].光学精密工程,2022,30(07):802-812.

LUO Jing,WANG Jinxin,JU Guohao,et al.Computer-aided alignment for large-aperture off-axis three mirrors optical system with artificially random air flow[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(07):802-812.
罗敬,王金鑫,鞠国浩等.主动随机送风条件下大口径离轴三反光学系统的计算机辅助装调[J].光学精密工程,2022,30(07):802-812. DOI： 10.37188/OPE.20223007.0802.

LUO Jing,WANG Jinxin,JU Guohao,et al.Computer-aided alignment for large-aperture off-axis three mirrors optical system with artificially random air flow[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(07):802-812. DOI： 10.37188/OPE.20223007.0802.

摘要

气流扰动是决定大口径、长焦距光学系统波前检测精度的重要因素，进而影响光学系统装调的效率和质量。针对该问题，提出采取主动随机送风来抑制气流扰动对波前检测的影响。实验结果表明，通过主动随机送风，可以提高系统波前检测的稳定性，Zernike系数测量结果标准差由0.04降低到0.01以下。进一步地，在主动随机送风条件下完成了一个0.5 m有效通光口径，6 m焦距的离轴三反消像散光学系统的计算机辅助装调。经过两轮迭代，系统波像差RMS平均值由0.49

降低到0.086

，满足系统像质要求。通过主动随机送风可以有效地抑制气流扰动对大口径、长焦距光学系统波前检测的影响，从而为计算机辅助装调提供稳定、正确的波前数据，提高了系统装调的效率和质量，这对于研制大口径光学系统具有重要意义。

Abstract

Airflow disturbance becomes critical to wavefront measurements in large-aperture and long focal length optical systems. Hence， airflow disturbances have significant impact on the efficiency and quality of optical alignment. To solve this problem， a method based on an active random air supply is proposed to suppress the influence of air flow disturbances on wavefront measurements. The experimental results show that the standard deviations of the obtained Zernike coefficients are reduced to below 0.01 from 0.04 due to the active random air supply. Furthermore， an off-axis three-mirror anastigmat telescope whose clear aperture is 0.5 m and focal length is 6 m is aligned when random air is actively supplied. After two rounds of computer-aided alignment， the mean RMS of the wavefront error of the optical system is reduced to 0.086

from 0.49

， which meets the requirements of the system image quality index. Evidently， the influences of airflow disturbance on wavefront measurements in large aperture and long focal length optical systems can be effectively suppressed by an active random air supply， which is critical to optical alignment in terms of efficiency and quality. This study is of great significance for developing large aperture optical systems.

关键词

Keywords

references

LUO J ， YOU C X ， HE X ， et al . Comparisons between an on-axis three-mirror anastigmat telescope and an off-axis one： polarization aberrations ［J］. Applied Optics ， 2021 ， 60 （ 22 ）： 6438 - 6447 . doi: 10.1364/ao.432016 http://dx.doi.org/10.1364/ao.432016

GARDNER J P ， MATHER J C ， CLAMPIN M ， et al . The James Webb space telescope ［J］. Space Science Reviews ， 2006 ， 123 （ 4 ）： 485 - 606 . doi: 10.1007/s11214-006-8315-7 http://dx.doi.org/10.1007/s11214-006-8315-7

GONG Y ， LIU X K ， CAO Y ， et al . Cosmology from the Chinese space station optical survey （CSS-OS）［J］. The Astrophysical Journal Letters ， 2019 ， 883 （ 2 ）： 203 . doi: 10.3847/1538-4357/ab391e http://dx.doi.org/10.3847/1538-4357/ab391e

罗敬，何煦，范阔，等 . 无遮拦离轴天文望远镜偏振像差分析及其对光学椭率的影响［J］. 光学学报， 2020 ， 40 （ 8 ）： 55 - 64 . doi: 10.3788/aos202040.0811001 http://dx.doi.org/10.3788/aos202040.0811001

LUO J ， HE X ， FAN K ， et al . Polarization aberrations in an unobscured off-axis astronomical telescope and their effects on optics ellipticity ［J］. Acta Optica Sinica ， 2020 ， 40 （ 8 ）： 55 - 64 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos202040.0811001 http://dx.doi.org/10.3788/aos202040.0811001

LAUREIJS R ， AMIAUS J ， ARDUINI S ， et al . Euclid definition study report ［R］. axXiv ， 2011 .

MARTIN S R ， RUD M ， STERN D K ， et al . HabEx space telescope optical system ［C］. UV/Optical/IR Space Telescopes and Instruments ： Innovative Technologies and Concepts VIII. August 6 - 10 ， 2017 . San Diego， USA. SPIE ， 2017 ： 1039805 . doi: 10.1117/12.2275191 http://dx.doi.org/10.1117/12.2275191

LEVI M E ， KIM A G ， LAMPTON M L ， et al . Science yield of an improved wide field infrared survey telescope （WFIRST）［EB/OL］. 2011： arXiv ： 1105 . 0959 . https：//arxiv.org/abs/1105.0959 https://arxiv.org/abs/1105.0959

朱时雨，张新，李威 . 计算机辅助装调与传统基准传递技术相结合实现三镜消像散系统的装调［J］. 中国光学， 2011 ， 4 （ 6 ）： 571 - 575 . doi: 10.3969/j.issn.2095-1531.2011.06.004 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.2095-1531.2011.06.004

ZHU SH Y ， ZHANG X ， LI W . Alignment of off-axis TMA system by combining computeraided adjustment and traditional benchmark pass method ［J］. Chinese Optics ， 2011 ， 4 （ 6 ）： 571 - 575 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.2095-1531.2011.06.004 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.2095-1531.2011.06.004

张学敏，宋兴，候晓华，等 . 可调焦离轴三反光学系统的装调［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 6 ）： 1458 - 1463 . doi: 10.3788/OPE.20172506.1458 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20172506.1458

ZHANG X M ， SONG X ， HOU X H ， et al . Alignment of focus-adjustable off-axis reflective optical system ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 6 ）： 1458 - 1463 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20172506.1458 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20172506.1458

王彬，伍凡，叶玉堂 . 离轴三反系统计算机辅助装调［J］. 红外与激光工程， 2016 ， 45 （ 11 ）： 250 - 256 . doi: 10.3788/IRLA201645.1118006 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA201645.1118006

WANG B ， WU F ， YE Y T . Computer aided alignment for off-axis TMA system ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2016 ， 45 （ 11 ）： 250 - 256 . （in Chinese） . doi: 10.3788/IRLA201645.1118006 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA201645.1118006

梅贵，翟岩，曲贺盟，等 . 离轴三反系统的无应力装调［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 12 ）： 3414 - 3421 . doi: 10.3788/ope.20152312.3414 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20152312.3414

MEI G ， ZHAI Y ， QU H M ， et al . Stress-free alignment of off-axis three-mirror system ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2015 ， 23 （ 12 ）： 3414 - 3421 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20152312.3414 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20152312.3414

LALLO M D . Experience with the Hubble space telescope： 20 years of an archetype ［J］. Optical Engineering ， 2012 ， 51 ： 011011 . doi: 10.1117/1.oe.51.1.011011 http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.51.1.011011

杨晓飞 . 三反射镜光学系统的计算机辅助装调技术研究［D］. 长春：长春光学精密机械与物理研究所， 2005 .

YANG X F . Study on the Computer-Aided Alignment of Three-Mirror Optical System ［D］. Changchun： Changchun Institute of Optics， Fine Mechanics and Physics ， Chinese Academy of Sciences， 2005 . （in Chinese）

SHI J L ， WANG Y ， SHENG Y ， et al . The optical modeling tool and a simulation method for air turbulence in large opto-mechanical systems ［J］. SPIE ， 2009 ， 7506 ： 75061N . doi: 10.1117/12.837447 http://dx.doi.org/10.1117/12.837447

陈华 . 高精度面形检测中环境扰动因素分析［D］. 长春：长春光学精密机械与物理研究所， 2011 .

CHEN H . Analysis of Environmental Disturbance Effects on High Pricision Figure Measurement ［D］. Changchun： Changchun Institute of Optics， Fine Mechanics and Physics ， Chinese Academy of Sciences， 2011 . （in Chinese）

姜自波，李新南，季波 . 空气垂直温度梯度对长焦镜面检测精度的影响分析［J］. 光学学报， 2015 ， 35 （ 10 ）： 142 - 147 . doi: 10.3788/aos201535.1012004 http://dx.doi.org/10.3788/aos201535.1012004

JIANG Z B ， LI X N ， JI B . Influence analysis of testing accuracy for long focal length mirror by vertical temperature gradient of air ［J］. Acta Optica Sinica ， 2015 ， 35 （ 10 ）： 142 - 147 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos201535.1012004 http://dx.doi.org/10.3788/aos201535.1012004

徐抒岩，张旭升，范阔，等 . 大型光学系统波前检测中气流扰动的抑制［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 1 ）： 80 - 89 . doi: 10.3788/ope.20202801.0080 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202801.0080

XU SH Y ， ZHANG X SH ， FAN K ， et al . Suppression of airflow turbulence in wavefront measurement for large-aperture optical systems ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 1 ）： 80 - 89 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20202801.0080 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202801.0080

STRANG G . Introduction to Linear Algebra ［M］. 5th Edition . Massachusetts ： Wellesley-Cambridge Press ， 2016 .

郭继锴，王治乐，陆敏 . 基于主成分分析法的离轴三反系统装调及其应用［J］. 光学学报， 2019 ， 39 （ 3 ）： 341 - 347 . doi: 10.3788/AOS201939.0322002 http://dx.doi.org/10.3788/AOS201939.0322002

GUO J K ， WANG ZH L ， LU M . Off-axis three-mirror anastigmatic system alignment and application based on principal component analysis ［J］. Acta Optica Sinica ， 2019 ， 39 （ 3 ）： 341 - 347 . （in Chinese） . doi: 10.3788/AOS201939.0322002 http://dx.doi.org/10.3788/AOS201939.0322002

陈建军 . 计算机辅助装调技术在离轴三反相机装调中的应用［D］. 西安：西安光学精密机械研究所， 2013 .

CHEN J J . Application of Computer Aided Alignment Technique to an Three-mirror Off-axis Optical System ［D］. Xi'an ： Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics， Chinese Academy of Sciences ， 2013 . （in Chinese）

RIMMER M . Computer-aided optical alignment method ［C］. Adaptive Optics and Optical Structures. International Society for Optics and Photonics ， 1990 ， 1271 ： 363 - 368 . doi: 10.1117/12.20423 http://dx.doi.org/10.1117/12.20423

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