[发明专利]一种基于纳米多层膜的变形反射镜系统

说明书

本发明公开了一种基于纳米多层膜的变形反射镜系统，包括反射镜面、镜面粘接层、变形驱动层、支撑结构和电控系统，反射镜面基于纳米多层膜研制而成，用于完成对光信号的镜面反射，反射谱段可以根据需求进行设计调整，具有变形能力，能够实现空间与时间上的面形自由校正；镜面粘接层完成反射镜面与变形驱动层的集成连接；变形驱动层是变形反射镜的核心组成部分，根据外部控制信号，输出变形量，完成高精度反射镜面变形，形成面形校正能力；支撑结构是变形反射镜高精度变形部件与外部的结构接口；电控系统用于产生对变形驱动层的高压控制信号适用于各种面临复杂环境条件、高成像质量要求的光学系统，尤其适用于空间光学相机/望远镜。

技术领域

本发明涉及自适应光学、能动光学等主动波前校正技术领域，具体涉及一种基于纳米多层膜的变形反射镜系统。

背景技术

在地基望远镜天文观测中，受到大气湍流影响，观测光束通过大气层时产生了相位差。当望远镜口径大于所在站址大气相干长度(在可见光波段，通常为十几厘米)之后，其能量集中能力得到提高，但其观测分辨力不再提高，大口径望远镜能力受到限制。

自适应光学技术有效地解决了这一技术问题，促成了地基大口径天文望远镜的繁荣发展(参见Laird M.Close等，The Magellan telescope adaptive secondary AOsystem，Proc.of SPIE Vol.7015 70150Y-1；Richard M.Myersa等，The NAOMI adaptiveoptics system for the 4.2m William Herschel telescope)。

另一方面，自Hubble太空望远镜后，下一代空间天文望远镜的口径越来越大。与地基望远镜不同，空间望远镜不受大气湍流的负面影响，但受到运载设备的能力限制以及地面模拟太空环境研制成本的限制，由此带来系统内部误差的问题。其误差来源主要包括：光学镜面加工误差、支撑结构重力卸载误差、热稳定误差和平台稳定残差等。其中光学加工误差和支撑结构重力卸载误差为静态误差，望远镜系统入轨稳定后不在变化；热稳定误差为准静态误差，若望远镜处于低地球轨道，其变化周期不会小于轨道运行周期；对于大口径空间天文望远镜，平台稳定残差主要集中在2Hz以下，可以归属于准静态误差；与大气湍流相比，这些系统内部误差的空间频率也较低。

目前，正在研制的詹姆斯·韦伯(JWST)太空望远镜是人类已经进入实施阶段的最大空间望远镜，为了解决运载设备包络限制问题，采用了折叠发射、在轨展开的技术方案。该方案中的系统误差还包括不同主镜分块之间的共相误差，研究人员通过每块主镜后面的六自由度调整系统完成共相误差的校正。在单块子镜面形校正方面，由于技术局限，仅采用了一个驱动器进行镜面半径校正，于是JWST的分块主镜在地面加工、集成和测试阶段仍然有很严格的公差要求(参见JONATHAN P.GARDNER等，THE JAMES WEBB SPACE TELESCOPE，Space Science Reviews(2006)123:485–606，DOI:10.1007/s11214-006-8315-7；PhillipA.Sabelhaus等,An Overview of the James Webb Space Telescope(JWST)Project，Proceedings of SPIE Vol.5487，550-563，doi:10.1117/12.549895)。JWST空间望远镜还采用了快速倾斜反射镜完成平台控制残余误差的校正。

JWST之后的空间望远镜发展计划，最突出的是Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope(ATLAST)，同样采用了与JWST类似的折叠发射，在轨展开的技术方案(参见Bert A.Pasquale等，Comparative Concepts for ATLAST Optical Designs，Proc.of SPIE Vol.7731 77312L-1，doi:10.1117/12.857170)。