Với sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ quan sát trái đất dựa trên không gian, cả các ứng dụng quân sự và dân sự đều đòi hỏi các hệ thống quang học đồng thời đạt được các thách thức kép: hình ảnh độ phân giải cao bị giới hạn gần như xảy ra trong phạm vi phổ rộng (ví dụ, 0,65, 0,75 μM), trong khi đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt đối với việc xây dựng nhẹ hơn. Các kính viễn vọng phản chiếu truyền thống, mặc dù có khả năng điều chỉnh quang sai thông qua các cấu hình đa gương và thiết kế bằng cầu, phải đối mặt với các tắc nghẽn quan trọng như nhu cầu về độ chính xác bề mặt gương chính tốt hơn λ/20 (dải có thể nhìn thấy) và khó khăn trong việc kiểm soát các biến dạng của cấu trúc màng mỏng. Những hạn chế này làm tăng đáng kể độ phức tạp sản xuất và chi phí.
Đột phá kỹ thuật: Đổi mới hiệp đồng của quang học nhiễu xạ và hệ thống phản xạ
1. Nguyên tắc thiết kế
Thách thức chính trong việc thiết kế các kính thiên văn nhiễu xạ nằm ở sự phân tán màu sắc mạnh của các yếu tố nhiễu xạ, chỉ có thể tập trung ánh sáng chính xác trong phạm vi quang phổ cực hẹp. Để cho phép các ứng dụng băng rộng của ống kính nhiễu xạ, hiệu chỉnh quang sai màu là rất cần thiết. Ống kính khúc xạ thông thường thường sử dụng các cấu trúc xi măng kết hợp kính với các thuộc tính phân tán khác nhau để điều chỉnh quang sai màu sắc trên các phạm vi quang phổ cụ thể. Tuy nhiên, phương pháp này không thể được áp dụng trực tiếp cho các ống kính nhiễu xạ, vì tất cả các yếu tố nhiễu xạ đều chia sẻ các đặc điểm phân tán giống hệt
V0 = λ0/（1-λ2）
2. Mục tiêu nhiễu xạ phẳng: lõi nhẹ
Một ống kính nhiễu xạ phẳng với các cấu trúc giảm quy mô micron đóng vai trò là mục tiêu, được tích hợp với chất nền cực mỏng (tổng độ dày <20 μM). Điều này cho phép thiết kế siêu nhẹ với khẩu độ 1000 mm, tiêu cự 8 m (F/#= 100).
So với các phản xạ truyền thống, khối lượng được giảm hơn 80%và khả năng dung nạp hình bề mặt được nới lỏng xuống λ/5, làm giảm đáng kể độ khó sản xuất.
Thiết kế truyền đơn hủy bỏ sự chậm trễ đường dẫn bề mặt kép, khiến các lỗi hình bề mặt không đáng kể đối với sự khác biệt về đường dẫn quang, phá vỡ các giới hạn chính xác của các hệ thống phản xạ thông thường.
3
Một hệ thống ba gương ngoài trục đồng trục với bề mặt hình tròn hình nón loại bỏ các lỗi lệch tâm liên kết.
Bồi thường bề mặt nhiễu xạ tích hợp đạt được hiệu chỉnh màu hoàn toàn trên 0,65 Hàng0,75 μm trong trường nhìn 0,02 ° × 0,035 ° (FOV), với đường kính điểm <8 μM.
Hệ thống cung cấp MTF> 0,5 ở tần số không gian 30 lp/mm, tiếp cận hiệu suất hình ảnh giới hạn nhiễu xạ.
Xác thực kỹ thuật chính
Phạm vi bảo hiểm quang phổ: Hiệu suất cao trên 0,65 Ném0,75 μm băng tần liên tục
Độ phân giải: MTF> 0,5 ở mức 30 lp/mm
Dung sai căn chỉnh: Yêu cầu độ chính xác bề mặt gương giảm xuống λ/5
Khả năng mở rộng: Thiết kế ống kính nhiễu xạ hài hòa có thể mở rộng phạm vi bảo hiểm đến toàn phổ (nghiên cứu đang diễn ra)
Phát triển trong tương lai
Các thiết kế hiện tại bị giới hạn bởi khẩu độ thị kính, dẫn đến FOV nhỏ (0,02 ° × 0,035 °). Đường dẫn tối ưu hóa bao gồm:
Mục tiêu nhiễu xạ hài hòa: Mở rộng băng thông hoạt động lên 0,5 Ném1,2 μm
Tích hợp gương tự do: Mở rộng FOV lên 0,1 ° × 0,15 °
Thiết kế quang học mô-đun: Cho phép căn chỉnh hiệu quả cho các hệ thống apererture lớn hơn (> 2 m)
Phần kết luận
Giải pháp kính viễn vọng nhiễu xạ này giải quyết xung đột lâu dài giữa thiết kế nhẹ và độ phân giải cao trong các hệ thống quang học không gian thông qua việc tích hợp sáng tạo các mục tiêu nhiễu xạ phẳng và thị kính ba gương ngoài trục. Nó cung cấp một con đường kỹ thuật khả thi cho các vệ tinh quan sát trái đất thế hệ tiếp theo, thăm dò không gian sâu và các nhiệm vụ liên quan. Với các yêu cầu dung sai bề mặt thoải mái và kiến trúc mô-đun, thiết kế làm giảm đáng kể chi phí sản xuất, đẩy nhanh việc áp dụng mở rộng các hệ thống quang học không gian chính xác cao.