近期，中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所副研究員左恒團隊提出了一種基于光學等厚干涉原理的拼接共相邊緣檢測方法。該方法可以從原理上避免溫漂、時漂及電噪聲等誤差干擾，并可以簡化拼接共相過程，實時獲得相鄰子鏡間的絕對位姿誤差。相關研究成果作為封面文章發(fā)表在《光學學報》上。

《光學學報》封面

　　建造更大口徑的天文光學望遠鏡是天文光學技術的重點研究方向。然而，隨著鏡面尺寸增大，會帶來制造、加工、裝調(diào)等技術方面的難題。主動光學拼接鏡面技術是突破傳統(tǒng)單鏡面光學望遠鏡口徑限制的有效方法：將大鏡面采用大量小鏡面拼接而成，可解決制造上的技術難題，且節(jié)約成本。對于大口徑拼接鏡面天文望遠鏡來說，只有實現(xiàn)子鏡拼接共相，才能真正發(fā)揮其高分辨性能和效率的最大威力，達到衍射極限性能。共相的精度取決于邊緣傳感器的測量精度。邊緣傳感器位于相鄰拼接子鏡邊緣，可精確測量子鏡間的相對剛體自由度的位姿狀態(tài)誤差。目前，世界上的大型拼接鏡面望遠鏡幾乎均采用基于電學原理的邊緣傳感器。這類電學傳感器安裝于子鏡背面，一般只能進行相對測量，需要輔助設備對其進行一定周期頻率的精確標定；存在的溫漂/時漂，極難改善，在實際應用中也很難徹底消除。

　　南京天光所科研團隊提出基于光學等厚干涉原理的拼接鏡面邊緣傳感器新方案?；诘群窀缮嬖?，通過探測器上得到的等厚干涉條紋，即可得知相鄰子鏡的姿態(tài)，具有精度高、原理簡單、易于裝調(diào)、工作穩(wěn)定、無溫漂時漂、適用于野外惡劣環(huán)境下使用等優(yōu)點（具體原理示意圖如下）。

基于等厚干涉原理的拼接鏡面邊緣誤差檢測結構示意圖

兩子鏡存在相對誤差時的光強分布條紋。（a）x軸傾斜誤差；（b）y軸傾斜誤差；（c）平移誤差

　　研究人員通過仿真模擬驗證了該方案的可行性，優(yōu)化了同心圓識別算法，可以實現(xiàn)高精度的同心圓提取，保證對誤差進行實時監(jiān)測。仿真結果顯示：理論測量精度可以達到傾斜誤差0.02"、平移誤差20nm，可以滿足大口徑拼接鏡面望遠鏡的共相檢測需求。

　　本方案的優(yōu)勢包括：簡化了拼接共相過程，可實時得到相鄰子鏡位姿之間的絕對誤差，無需單獨進行額外的定標；利用相鄰子鏡的條紋差異信息來反演相鄰子鏡的絕對位姿誤差，可避免傳感器安裝支架和系統(tǒng)的重力變形、熱變形及安裝誤差帶來的影響；系統(tǒng)設計不基于電學原理，不易受溫漂和時漂的影響，避免了電噪聲的干擾；原理簡單，結構緊湊，方便在鏡面上進行大規(guī)模部署。

　　目前，科研團隊針對圖像處理方法展開了深入研究，將在郭守敬望遠鏡（LAMOST）上進行實地測試和應用。該方法有望攻克拼接共相中的高精度位姿檢測等關鍵科學難題，在高精尖測量領域具有廣闊的應用前景。研究工作得到國家自然科學基金天文聯(lián)合基金重點項目、國家自然科學基金、中科院青年創(chuàng)新促進會等的資助。

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