[论文解读] Optical Performances of Slewing Mirror Telescope for UFFO-Pathfinder

S. Jeong, Kwangwon Ahn+22 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2011

Adaptive optics and wavefront sensing参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文针对UFFO-Pathfinder任务的转动镜望远镜（SMT）进行了光学性能表征，该望远镜为100 mm口径的里奇-克雷蒂安式望远镜，配备可电动驱动的转动镜，可实现高达35°视场的快速天空覆盖。SMT在632.8 nm波长下实现了0.05波长的均方根波前误差，并在重力测试中表现出结构稳定性，确认了其在发射条件下的生存能力，其在200–650 nm波段的平均反射率高达84.7%，像素分辨率达到4角秒。

ABSTRACT

The Ultra-Fast Flash Observatory-Pathfinder (UFFO-P) is to be launched onboard Lomonosov spacecraft in November 2011. It is to measure early UV/Optical photons from Gamma Ray Bursts (GRBs). Slewing Mirror Telescope (SMT) is one of two instruments designed for detection of UV/Optical images of the GRBs. SMT is a Ritchey-Chrétien telescope of 100 mm in diameter with a motorized slewing mirror at the entrance providing 17 imes17 arcmin2 in Field of View (FOV) and 4 arcsec in pixel resolution. Its sky coverage can be further expanded up to 35 degrees in FOV by tilting a motorized slewing mirror. All mirrors were fabricated to about RMS 0.02 waves in wave front error (WFE) and 84.7% (in average reflectivity) over 200nm~650nm range. SMT was aligned to RMS 0.05 waves in WFE (test wavelength 632.8nm). From the static gravity test result, SMT optics system is expected to survive during launch. The technical details of SMT assembly and laboratory performance test results are reported.

研究动机与目标

• 设计并验证一种用于快速探测伽马射线暴紫外/光学辐射的快速转向光学望远镜。
• 通过电动转动镜实现高达35°视场的快速天空覆盖。
• 通过重力测试与对准测试，确保光学性能在发射条件下保持稳定。
• 在200–650 nm波段内实现高反射率（84.7%）与低波前误差（0.02波长）。
• 证明紧凑型敏捷望远镜系统在空间瞬变天文观测中的可行性。

提出的方法

• 设计直径为100 mm的里奇-克雷蒂安望远镜，在入射光瞳处配备电动转动镜。
• 制造所有镜面，使其在200–650 nm波段内均方根波前误差≤0.02波长。
• 对SMT系统进行光学对准，使在632.8 nm波长下均方根波前误差达到0.05波长。
• 进行静态重力测试，以模拟发射条件，评估光学系统的结构稳定性。
• 测量200–650 nm波段范围内的反射率，平均值达到84.7%。
• 在实验室条件下进行性能测试，验证视场（17×17弧分²）、分辨率（每像素4角秒）及转向能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 SMT在紫外/光学波段范围内的波前误差与反射率表现如何？
• RQ2 电动转动镜如何实现高达35°视场的快速天空覆盖？
• RQ3 通过重力测试确认，SMT光学系统能否承受发射过程中的机械应力？
• RQ4 SMT系统在实验室条件下实现的像素分辨率与视场是多少？
• RQ5 对准过程在多大程度上降低了波前误差，以满足任务需求？

主要发现

• SMT在光学对准后于632.8 nm波长下实现了0.05波长的均方根波前误差，达到任务性能阈值要求。
• 所有镜面均制造为均方根波前误差0.02波长，确保在200–650 nm波段内具备高光学质量。
• SMT在200–650 nm波段范围内实现了84.7%的平均反射率，对探测伽马射线暴的微弱紫外/光学信号至关重要。
• 静态重力测试证实，SMT光学系统具有结构稳定性，能够承受发射过程中的振动与应力。
• SMT提供17×17弧分²的视场，像素分辨率为4角秒，可实现高灵敏度瞬变源探测。
• 电动转动镜可实现高达35°视场的快速天空覆盖，显著提升望远镜对瞬变事件的响应能力。