文章來源：Performance and Analysis of the LSST Optical System LSST使用了一個(gè)改良的Paul-Baker三反射鏡光學(xué)設(shè)計(jì)，包含8.4m的主鏡、3.4m的次鏡和5m的第二次鏡。系統(tǒng)開始向更深、更寬范圍以及更快的任務(wù)演變。主和第二次級(jí)表面的曲率半徑很接近保障可以從單個(gè)基底制造兩個(gè)反射鏡。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)，稱為M1M3整料，在操作對(duì)準(zhǔn)和改進(jìn)的結(jié)構(gòu)剛度期間，就減少自由度方面為其他環(huán)形主面提供了顯著的優(yōu)勢(shì)。為三反射鏡望遠(yuǎn)鏡提供了一個(gè)三元屈光校正器，在64cm平坦焦面上、在具有出色成像質(zhì)量的6個(gè)光譜帶上產(chǎn)生3.5度全視場(chǎng)。最近的設(shè)計(jì)優(yōu)化包括了三個(gè)相機(jī)鏡頭的零位補(bǔ)償檢驗(yàn)，產(chǎn)生了更加簡(jiǎn)單的參數(shù)配置，減少了次鏡的非球面性。并進(jìn)行了透鏡位移、重力畸變、玻璃質(zhì)量和制造誤差的光學(xué)效應(yīng)的詳細(xì)分析，表明該系統(tǒng)在工業(yè)制造能力以內(nèi)是很好的。雜散射光分析表明LSST能夠?qū)崿F(xiàn)它的信噪比要求。在反射鏡、抗反射和濾波涂層的發(fā)展上已經(jīng)取得進(jìn)一步的成果，表明系統(tǒng)的吞吐量已經(jīng)滿足了測(cè)量的深度要求并超過了濾波抑制要求。 反射鏡測(cè)試 第一和第三反射表面將制造成單個(gè)鏡坯，每個(gè)表面適用于光學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。M1和M3之間關(guān)系實(shí)現(xiàn)是通過同步光學(xué)測(cè)試、激光跟蹤定位和機(jī)械偏心測(cè)量的組合實(shí)現(xiàn)的。 凸?fàn)畹亩?jí)鏡面限制為遠(yuǎn)離一個(gè)球面19微米的非球面。在12個(gè)子孔徑內(nèi)使用矩陣光學(xué)試驗(yàn)可以測(cè)量該表面。在試驗(yàn)中具有受限靈敏度的低階表面誤差可以很容易改正。 光學(xué)設(shè)計(jì) 在LSST光學(xué)設(shè)計(jì)的中心是一個(gè)三反射鏡系統(tǒng)，起源于Mersenne-Schmidt族的光學(xué)系統(tǒng)，可以在非常寬的視場(chǎng)產(chǎn)生非常好的成像質(zhì)量。LSST系統(tǒng)添加了一個(gè)三元屈光相機(jī)來進(jìn)一步提高成像質(zhì)量，補(bǔ)償來自于濾光片和dewer窗口的色差，并且使焦平面平坦。半月形濾光片基板保持光束的遠(yuǎn)心充滿全視場(chǎng)，從而消除在濾光片響應(yīng)時(shí)的任何波長(zhǎng)偏移。L3的厚度由需求的應(yīng)力安全余量決定，可以用作dewar窗口和真空擋板。生成的圖像質(zhì)量在50%處（下曲線）<0.2"，在80%能量環(huán)繞處（上曲線）<0.3"橫跨整個(gè)可視光譜（330-1080Å）。 透鏡零位校驗(yàn) 三個(gè)屈光元件的每個(gè)零位校驗(yàn)作為最終設(shè)計(jì)優(yōu)化的一部分�？梢酝ㄟ^整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)非球面項(xiàng)的平衡來簡(jiǎn)化可制造性。最后，L1保持了完全球面光學(xué)，L2上非常小的非球面量引起了一個(gè)簡(jiǎn)單的零位校驗(yàn)及M2上非球面性的降低，同樣的在L3上添加的非球面性極大的簡(jiǎn)化了它的零點(diǎn)校驗(yàn)。每個(gè)零點(diǎn)校驗(yàn)均是沿著重力的取向?qū)嵤�。通過在它們首選操作取向上校驗(yàn)透鏡，可以補(bǔ)償由重力扭曲導(dǎo)致的1階光學(xué)誤差。 雜散&散射光分析 在FRED軟件包（Photon Engineering，LLC）中使用非序列光線追跡模型可以完成LSST散射光分析。LSST散射光模型包含了所有光學(xué)元件以及結(jié)構(gòu)元件，表現(xiàn)為圓頂（1），望遠(yuǎn)鏡裝置（2），和相機(jī)組件（3）。每個(gè)光學(xué)表面賦予微表面粗糙規(guī)格及顆粒清潔度，非光學(xué)表面賦予Z306 Aeroglaze（涂黑處理）。 關(guān)鍵面的分析是從2個(gè)視角分析照明模型元件：1）從探測(cè)器，2）從圓頂外部。在前一種情況下，從探測(cè)器的角度來看，關(guān)鍵面可以由這些可見元件的主鏡 (藍(lán)色)，次鏡(綠色)和第二次鏡(紫色)來確定。在后一種情況中，通過圓頂開口（紅色）照明的任何表面可以標(biāo)記為關(guān)鍵表面。由兩個(gè)光線追跡共用的模型元件歸類為一階散射表面。根據(jù)目前的設(shè)計(jì)，在LSST中超過300個(gè)這樣的表面存在。在全視場(chǎng)上的綜合影響是點(diǎn)源透射比的函數(shù)，其中最重要的面可以識(shí)別出來。減輕這些表面的影響是目前設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 紅色是直射光 藍(lán)色是（主鏡）的反射光 綠色是次鏡的反射光 紫色是三級(jí)鏡的反射光 直射：相機(jī)，相機(jī)內(nèi)部，圓頂?shù)酌妫瑘A頂壁，方位組件，PM-TM交界面 從第二次鏡：相機(jī)外殼，次鏡擋板葉片，次鏡三腳架 從次鏡：PM單元，方位組件，PM-TM交界面 從主鏡：PM單元，主擋板，擋風(fēng)玻璃板，圓頂內(nèi)部 為了清楚，圓頂壁和望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)已經(jīng)隱藏 鬼像分析 屈光元件的二次反射會(huì)產(chǎn)生不想要的鬼像。我們已經(jīng)分析了在LSST光學(xué)系統(tǒng)中兩表面鬼像的所有組合。在每個(gè)透鏡表面鍍上抗反射涂層，快速f/1.23 LSST光束在鬼像中產(chǎn)生非常低的表面亮度。由濾光片基板（插圖，最內(nèi)層圓）產(chǎn)生的最壞情況鬼像比它的光源弱108倍（22.5倍放大）。遠(yuǎn)離傳感器和L2表面2反射產(chǎn)生的鬼像隨著視場(chǎng)角幾乎是不變的。這個(gè)“瞳孔”的去除將是常規(guī)儀器校正圖像處理的一部分。 系統(tǒng)吞吐量 LSST的六波段系統(tǒng)吞吐量由5個(gè)系統(tǒng)元件響應(yīng)函數(shù)的乘積決定。整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)（黑色）組合了大氣、光學(xué)和傳感器QE的函數(shù)。在海拔2700m的位置，在平均溫度、濕度和壓力的條件下使用MODTRAN計(jì)算出在智利帕切翁山的大氣透射率（藍(lán)色）。透鏡-反射鏡響應(yīng)函數(shù)（紫色）結(jié)合了三個(gè)反射鏡表面和具有抗反射涂層的六個(gè)透鏡表面。鏡面反射基于混合AL-AG涂層，與雙子天文臺(tái)合作下開發(fā)。理想的濾光片響應(yīng)函數(shù)（下）是使用模系設(shè)計(jì)軟件計(jì)算的（多層膜）。最終的六波段系統(tǒng)響應(yīng)是單個(gè)響應(yīng)函數(shù)的乘積總和。 參考： paul-bake結(jié)構(gòu)可以參考：http://www.telescope-optics.net/paul-baker_telescope.htm | 
