太阳望远镜拼接镜面共相探测技术研究

CGST is a project of next generation ground-based solar telescope of China and goal is an observation and research on the meticulous structure which is to realize solar surface 20km. Among several suggestions on design concepts, 8mRST is the most representative active optic control plan which adopts 24 sectorial pieces of Co-phasing Segmented mirrors. There are differences between active optic control of 8mRST Co-Phasing Segmented mirrors and other active optic control of telescopes such as Keck. First of all, temperature variety of daytime results in float of zero point of edge transducer. Second, ring structure is required to measure Piston, Tip, Tilt together to realize common Co-Phasing segment. The present project combined with Shack-Hartmann Mask, Phase-Diversity and correlation Tiptilt measure is a Co-Phasing technology aimed at solar observation.

中国巨型太阳望远镜(CGST)是由我国太阳物理界提出的巨型太阳望远镜计划，拟在1μm实现太阳表面20 km 精细结构的观测和研究。在提出的多个概念设计方案中8m环形望远镜(RST)是其最具代表性的方案，准备采用24块扇形拼接子镜主动控制方案。8mRST的拼接镜面主动控制与Keck等其他望远镜的主动控制有所区别，首先是白天的温度变化较大可能会导致边缘传感器零点较快的飘移，其次是环形结构要求同时测量子镜的Piston/Tip/Tilt才可以实现共相拼接。本项目结合夏克哈特曼掩模、相位差法和太阳像相关倾斜测量技术，研究以太阳为目标的共相探测技术。相位差法测量子镜间的Piston误差监测和定标边缘传感器，太阳像相关倾斜测量技术对子镜Tip/Tilt进行探测，为实现环形主镜的闭环控制提供反馈信息。利用该共相探测技术将在不影响观测和不在望远镜主体增加附属设备的前提下就可以实现8mRST的拼接共相。

随着太阳物理的深入研究，要求对太阳大气以太阳表面20km的分辨率进行高分辨率观测。为此我国太阳物理学家提出了8米太阳望远镜—中国巨型太阳望远镜（CGST）研制计划。本项目针对CGST要求在可见光和近红外波段实现衍射极限成像的要求，开展了拼接镜面主动光学关键技术的研究。.基于本项目开展的拼接镜面主动光学关键技术包括光学倾斜探测方法、传感器和位移促动器及控制矩阵定标方法以及控制系统传递函数测量及控制系统设计等方面。项目组还针对环形太阳望远镜的特点，对其频率特性和子镜面内位移对控制误差的影响等方面进行了研究。.为了顺利开展本项目的研究，首先项目组研制了两镜拼接镜面主动光学实验平台。在该实验平台开展了关键技术的研究，解决了控制矩阵定标问题和控制系统传递函数测量等问题，发展了基于SH波前传感器的光学倾斜探测方法。利用光学倾斜探测方法和传统边缘传感器和位移促动器实现了实验平台的长时间闭环控制，在控制期间内实验平台的两镜系统面形一直保持着衍射极限成像。通过对环形太阳望远镜的频率特性的研究，明确了对传感器的测量频率的要求，并确定了提高抗风干扰能力望远镜结构需要达到的控制带宽。.本项目的研究成果对CGST的设计与研制具有重要的意义。虽然随着CGST项目的深入推进，目前倾向于采用薄镜面主动光学技术，但是本项目所发展的控制矩阵定标方法及控制频率测量方法等还可以继续应用于CGST项目。环形太阳望远镜的频率特性的研究成果也可以指导CGST的薄镜面主动控制方案的设计及研制工作。除了CGST项目，本项目的研究成果也可以应用于其他太阳望远镜和天文望远镜的主动光学技术及主副镜主动保持方面。项目组利用应用本项目的研究成果研制两米环形太阳望远镜的副镜主动保持系统。