馬順翔++王占山

摘要：

現(xiàn)代X射線掠入射成像式望遠鏡是由大量的圓柱面超薄玻璃鏡面經(jīng)壓制成圓錐面組成的準WolterI型望遠鏡。為了完成超薄玻璃圓柱面的檢測，設(shè)計了適用于干涉檢測的計算全息圖（CGH）。結(jié)合CGH的設(shè)計制作過程，分析了CGH的基底面形誤差、刻蝕占空比誤差、刻蝕位置誤差、刻蝕深度等誤差，并對占空比、刻蝕深度的參數(shù)做了具體的分析，通過對制作誤差的分析選擇了制作參數(shù)。采用設(shè)計制作的CGH和ZYGO干涉儀實現(xiàn)了X射線望遠鏡用柱面鏡的檢測，檢測結(jié)果達到了柱面鏡的使用要求。

關(guān)鍵詞：

二元線性光柵； 計算全息圖（CGH）； 標量衍射； ZYGO干涉儀

中圖分類號： O 436.1文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.05.009

引言

掠入射X射線WolterI型望遠鏡是由一個旋轉(zhuǎn)拋物面和一個旋轉(zhuǎn)雙曲面同軸共焦組成，已廣泛應(yīng)用于X射線天文觀測中。WolterI型望遠鏡結(jié)構(gòu)克服了單個旋轉(zhuǎn)對稱非球面反射鏡因不滿足阿貝正弦條件而產(chǎn)生的大軸外像差，能獲得高的分辨率。在天文觀測中，為了獲得大的集光面積，需要采用嵌套式望遠鏡結(jié)構(gòu)。美國在1999年發(fā)射的Chandra望遠鏡嵌套了4層拋物面和雙曲面共焦的鏡片，望遠鏡研制用了十多年才完成加工裝配，成本巨大。為了進一步提高集光面積和降低研制成本，國際上采用的望遠鏡結(jié)構(gòu)均為類WolterI型的圓錐嵌套結(jié)構(gòu)。用圓錐面代替拋物雙曲面，可大大降低鏡片的制作難度和研制成本，但望遠鏡理論分辨率在十幾個角秒，遠小于Chandra望遠鏡0.5角秒的分辨率。在以通量為觀測目標的望遠鏡研制中，人們普遍采用的是圓錐面組成的望遠鏡，如日本研制的AstroE天文望遠鏡[3]。近年來，由于玻璃工業(yè)的發(fā)展，人們可以采用超薄玻璃進行掠入射X射線望遠鏡的制作，如美國2012年發(fā)射的NuSTAR望遠鏡采用多層嵌套的圓錐面超薄玻璃鏡。在NuSTAR研制過程中，首先研制大量的圓柱面反射鏡，在最后的安裝時將其壓制成圓錐面。在我國X射線時變與偏振望遠鏡研制過程中，我們計劃采用類似方案，即先制作大量的圓柱面反射鏡，然后在安裝時將其裝配成需要的圓錐面。為此，實現(xiàn)玻璃成形的熔融石英圓柱面模具和成形后的超薄玻璃圓柱面面形質(zhì)量的測試成為高質(zhì)量圓柱面超薄玻璃生產(chǎn)的關(guān)鍵。

柱面鏡面形檢測無法直接采用常規(guī)的干涉儀完成，若用干涉儀進行檢測則需要制作一個柱面補償器。若用玻璃透鏡進行柱面鏡補償器的制作，該透鏡中需包含柱面鏡，由于其面形精度決定了補償器的精度，因此這樣的補償器研制十分困難。補償器也可以采用計算全息圖（computer generated hologram，CGH）組成，目前，CGH制作精度較高，CGH光學檢測技術(shù)已是一種高精度的光學檢測技術(shù)。近年來，隨著光學檢測儀器逐步趨向行業(yè)標準化，國內(nèi)開展了CGH光學檢測技術(shù)方面的研究，在模擬分析和實驗中均取得了一定進展[79]。本文設(shè)計了柱面檢測需要的CGH，并對其制作誤差進行了分析，同時完成了基于設(shè)計制作的CGH補償器的圓柱面檢驗，證明了CGH補償器可以獲得較高的圓柱面測量精度，能夠滿足國內(nèi)X射線望遠鏡用圓柱面的檢測。

4結(jié)論

根據(jù)X射線望遠鏡對柱面鏡的需求，設(shè)計了用于柱面鏡檢測的CGH，分析了相關(guān)的誤差，得出刻蝕深度為0.45λ，占空比為0.5，最大空間頻率為391 條/mm。采用ZYGO干涉儀與CGH組成的柱面鏡檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了柱面鏡的測試，得到了柱面鏡面形誤差，測試結(jié)果表明，研制的柱面鏡能夠滿足X射線望遠鏡對柱面鏡的需要。

參考文獻：

[1]KOGLIN J E，CHEN C M，CHONKO J C，et al.Hard Xray optics：from HEFT to NuSTAR[J].SPIE，2004，5488：856866.

[2]WEISSKOPF M C，O′DELL S L，ELSNER R F，et al.Advanced Xray astrophysics facility （AXAF）：an overview[J].SPIE，1995，2515：312329.

[3]KUNIEDA H，ISHIDA M，ENDO T，HIROHIKO Y，et al.Xray telescope onboard AstroE：optical design and fabrication of thin foil mirrors[J].Applied Optics，2001，40（4）：553564.

KOGLIN J E，CHRISTENSEN F E，CRAIG W W，et al.NuSTAR hard Xray optics[J]，SPIE，2005，5900：27.

[5]DEBOO B，SASIAN J.Precise focallength measurement technique with a reflective Fresnelzone hologram[J].Applied Optics，2003，42（19）：39033909.

[6]黃衛(wèi)佳.光學和光學儀器——光學傳遞函數(shù)——測量原理和步驟[J].光學儀器，2008，30（1）：9094.

[7]盧振武，劉華，李鳳有.利用曲面計算全息圖進行非球面檢測[J].光學 精密工程，2004，12（6）：555559.

[8]許英朝，周平，張新.三次位相傳播中的波像差及在CGH中衍射級次的分離[J].光學 精密工程，2008，16（11）：21042109.

[9]胡特，張海濤，寵永杰，等.計算全息檢測非球面的模擬計算研究[J].激光雜志，2009，30（1）：4446.

[10]梁柱.光學原理教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[11]BURGE J H.Applications of computer generated holograms for interferometric measurement of large aspheric optics[J].SPIE，1995，2576：258269.

（編輯：劉鐵英）