长基线恒星光干涉技术中延迟线系统的设计与

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1、长基线恒星光干涉技术中延迟线系统的设计与实验卞吴桢如,李超叫,林燮佳吨©，陈忆恥，王家宁吨①中国科学院国家夭文台南京天文光学技术研究所，南京210042;②中国科学院天文光学技术重点实验室，南京210042;③中国科学院研究生院，北京100049*联系人,E-mail:zhenwu@niaot.ac.cn+朱永山编委推荐收稿2011-09-29;接受日期：2011-12-09;网络出版日期:2012-01-13国家口然科学基金资助项冃（批准号：10603010）摘要用于对几何光程差进行补偿的光学延迟线系统是长基线恒星光干涉仪的关键子系统之一.本文介绍了南京天文光学技术研究所研发的二

2、级补偿延迟线系统.经过测试，直线电机驱动的延迟线小车的补偿精度小于5mm,经过PZT系统的补偿，该二级补偿系统在短时间内的补偿精度满足了要求.研究表明，为了满足长时间观测的需要，延迟线系统应该采用硬实时的控制方法.关键词延迟线系统，光程补偿，跟踪误差，长基线恒星光干涉仪PACS:95.55.Br,95.10.Jk,95.55.-ndoi:10.1360/132011-485今天，长基线（迈克尔逊型）恒星光干涉技术"旳己经成为天文观测的主流技术，越來越多的天文观测成果27"】的取得得益于光干涉技术的迅猛发展.从第一代小口径干涉仪2"创到以VLTI（VeryLargeTelescope

3、Interferometer）121和Keck1221为代表的第二代干涉仪，干涉仪正在从单基线的条纹可见度的测量到利用闭合相位技术实现观测目标成像的方向发展;向着增长基线以提高分辨率、増大口径以提高灵皱度的方向发展I⑼.不仅如此，一批空基干涉仪正在研制中删，如SIM,TPF和DARWIN计划等.虽然长基线恒星光干涉技术在国际上己经取得了长足的发展，但是在我国尚没有可用于观测的仪器，对这一领域的研究相对落后.结合我国在该领域的研究现状和工作基础，考虑到光学延迟线系统（光程补偿系统）在该干涉仪中的关键作用，我们先开展了这方面的研究工作.1延迟线系统功能长基线恒星光干涉仪提出的基本问题是

4、來口两个独立望远镜的光在合朿器上的合成，为了在合朿器上产生干涉条纹，两束光的光程长度必须匹配在微米级.这就是技术挑战，是发展长基线恒星光干涉技术而临的最困难的问题⑺.为了解决这个难题，必须采用延迟线技术.为了使得从两个独立望远镜來的光被合成之后能够产牛:干涉条纹，光学延迟线系统需要补偿以下光程差：(i)不对称分布的望远镜(定天镜)Z间固定的光程差；(ii)在观测期间由于地球自转所引起的天文目标的周口运动；(iii)由于大气扰动和机械振动引起的沿着光程的快速光程变化.观测时，选定使用的定天镜，第一项光程差是固定的.一般所说的儿何光程差是指笫二项，是由于基线方向与星光方向不垂直引起的.

5、一般情况下，由于地球的自转，观测时这个光程差在不断的变化，而且其变化的速度和加速度都不为冬，因此对这个光程差的补偿是动态的，在观测过程中延迟线耍不断地以变化的速度运动，才能补偿由于地球自传引起的光程差的变化.第三项光程差是由于大气扰动引起的，对其校正需要用到条纹跟踪技术.本论文的研究冃的是实现对第二项光程差的补偿.2延迟线系统设计要求及总体方案拟建的长基线恒星光干涉仪室外样机基线长度为10m.根据计算，其延迟线系统基本特性参数见表1.迄今为止，垠常用的延迟线结构是基TMarkIII干涉仪的延迟线系统3】，这样的系统采用三级嵌套控制系统，不论是对于机械还是控制，实现起來都比较复杂•借

6、鉴欧南台的VETI二级补偿系统Wai,这也是至今唯一的一个采用二级补偿的系统，我们研小车跟踪谋差进行补偿，也就是光程差的精密补偿.3延迟线系统延迟线系统也口J以分为光学、机械和控制三个子系统•光学系统为一猫眼系统；机械系统包括延迟线小乍和粘密导轨；控制系统包括延迟线小车的控希'J和PZT系统的控制，它们通过激光测距系统一一双频激光干涉仪连接起來.3.1直线电机驱动的延迟线小车系统猫眼系统位于小车上，小车(如图1)置于玄线电机驱动的精密运动平台上，精密运动平台对小车具有导向的作用.星光以平行光束从抛物面光轴的一边进入猫眼，经反射后从另一边出射；而用于光程测量的激光光束从抛物面光轴的上

7、方入射，经反射从下方出射(如图2),保证星光和激光经过了相同的光程.猫眼系统由一个FI3的抛物面反射镜和位于其焦面的平面反射镜组成(如图1示).入射平行光经抛物面反射镜汇聚在茨焦点上，被平面反射镜反射冋图1延迟线小车示意图Figure1Schematicdiagramofdelaylinecarriage.参数数值地理位置南京：纬度32.061°,经度118.79125°基线方位南-北基线：10m环境温度常温环境压強常压延迟范围(±3-5)m跟踪速度-619pmsJ-