TMT的大气色散校正仪结构分析及光学增透镀膜研究

摘要

三十米望远镜(Thirty Meter Telescope，TMT)是一个多国合作的地基光学望远镜。TMT望远镜是目前设计建造的最大的光学望远镜。TMT望远镜使用多目标宽带成像光谱仪(MOBIE)作为其光谱仪，而MOBIE的前端有一个叫大气色散校正仪(Atmospheric Dispersion Corrector，ADC)的仪器。
　　本篇论文主要内容是基于ADC进行研究。不同波长的光线在经过地球大气层时的折射率不同，这种现象所造成的色散效应，叫做大气色散。ADC的主要作用就是通过棱镜对沿光轴方向的相对移动来抵消大气色散效应。
　　ADC结构已经被设计好，由于ADC中单片棱镜重440kg，在棱镜对移动和静止状态都会对框架支撑结构产生影响，因此本文主要对ADC结构设计是否能够达到色散补偿要求进行研究。本文通过运用AnsysWorkbench软件对大气色散校正仪结构从结构形变分析、模态分析和温度变化影响三个方面进行有限元分析，并把分析结果结合Zemax软件进行色散仿真分析。Ansys Workbench软件与Zemax软件协同仿真分析是这部分研究的关键内容。色散校正仿真结果小于0.05角秒，得到大气色散校正仪结构设计合理的结论。
　　ADC结构是由一对棱镜和支撑框架构成的，在望远镜系统中要求光线在监测波段的透过率在99％以上。就目前的石英镜片来说只能达到92％左右的透过率，不能够达到设计和使用要求，因此需要对镜片进行增透镀膜，本文正是对镀膜工艺进行研究。
　　本篇论文采用复合镀膜的方法对增透膜进行研究。先对基片进行PVD镀膜MgF2（针对460nm波段，即115nm）和AL2O3(2-3nm)，再经过溶胶-凝胶法涂膜工艺制备SiO2增透膜。根据实验表明，碱催化效果明显优于酸催化效果。最终确定碱催化1500mm/min提拉速度进行镀膜，并制得峰值透过率高达99％的膜层。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题的研究背景与意义

1．2 研究的国内外现状

1．3 研究的主要内容及意义

1．4 论文的组织结构

第二章 大气色散校正仪模型的建立

2．1 有限元法理论及分析软件

2．1．1 有限元发展概述

2．1．2 有限元法基本理论

2．1．3 结构分析基础

2．1．4 热分析基础

2．2 建立模型和简化模型

2．2．1 SolidWorks与Ansys的数据传递方式

2．2．2 大气色散校正仪的结构建模

2．2．3 网格的划分

2．2．4 定义材料的属性

2．3 本章小结

第三章 大气色散校正仪有限元分析

3．1 大气色散校正仪结构静态形变分析

3．1．1 参数设置

3．1．2 仿真结果

3．2 大气色散校正仪模态分析

3．2．1 模态分析介绍

3．2．2 大气色散校正仪的模态分析

3．2．3 模态分析结果

3．3 环境温度变化对大气色散校正仪的影响

3．3．1 温度变化对结构影响介绍

3．3．2 环境温度变化影响分析结果

3．4 Zemax对形变结果进行色散仿真分析

3．4．1 Zemax软件介绍

3．4．2 Zemax仿真分析结果

3．5 本章小结

第四章 光学增透膜研究

4．1 光学薄膜

4．1．1 光学薄膜制备工艺的发展概况

4．1．2 薄膜制备方法

4．1．3 溶胶-凝胶法的优点

4．1．4 薄膜增透原理

4．1．5 溶胶凝胶原理

4．2 理想膜厚的理论分析

4．3 涂膜方法

4．4 自制镀膜机

4．5 实验部分

4．5．1 实验试剂与仪器

4．5．2 实验方法

4．6 结果与讨论

4．6．1 催化剂对膜层性能的影响

4．6．2 提拉速度对膜层性能的影响

4．7 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

硕士期间获得的研究成果