至今没有一个光学系统是完美的。为了平坦且清晰的成像，往往必须把光学系统设计的十分复杂。如此一来，不但透光度变差，还得付出很高的制造成本。因此简单的镜片组而且能保有高品质成像的光学系统是光学设计的努力目标。 一个好的光学系统都出自设计者的巧思。它能在最简单的镜片组合下产生最佳的成像品质。不过在许多设计中，往往会遇到球面像差与彗形像差难以取舍的窘境（天文望远镜光学与机械）。当你能同时处理这些像差的时候，系统却又发生严重的色差。最后好不容易解决了所有的色像差，却又发生成像的变形。因此光学系统的设计在在考验设计者的经验与智力。希望透过以下的天文望远镜的演进，让你了解前人的成果。 折射式望远镜系统 由于白光经过透镜会有色散的现象（Dipersion），因此使得光学系统除了球面像差与彗形像差之外又多了影像不清晰的光源。由上图可知，蓝光的折射率较大，其次为绿光，最后为红光，因此不同颜色的入射光产生，却有不同的聚焦点。好的光学系统除了成像品质之外，还必须考虑消色差的效果。 基本上，我们在处理可见光的光路分析时，是用蓝色的F line(486.13nm)、红色的C line(656.27nm)与绿色的e line(546.07nm) 作为分析的主要光源。要查看镜片的色差情形，可以用色散数值V( Dispersion Number or Abbe number)。V越大表示镜片的色散的情况越小。 V＝(ne－1) / ( nF－nC) 对於一个D= 5公分，f=20公分的两片镜片组合，我们可以由下图的光路分析了解他们各自聚焦的一致性。其实这就是球面像差的检测工作！ D＝5公分f=20公分 第一片镜片R1＝18公分R2＝－19公分中心厚度＝0.84公分 间隙0.1公分 第二片镜片R3＝－19公分R4＝－22公分中心厚度＝0.98公分
卡塞格林望远镜的结构形式11种，主要是根据主镜和次镜面型及有无校正器来分的， 以下就是这11种的类型及结构形式（主镜面型在前，次镜在后）。 1、Classical Cassegrain 抛物面双曲面 2、Ritchey-Chretien双曲面双曲面 3、Dall-Kirkham椭圆面球面 4、Houghton-Cassegrain双凸透镜+双凹透镜球面球面 5、Schmit-Cassegrain施密特校正器面型任意 6、Maksutov-Cassegrain弯月透镜球面球面 7、Schmidt-meniscus Cassegrain施密特校正器+弯月透镜球面球面 8、Mangin-Cassegrain多个球面透镜球面球面 9、Pressmann-Camichel 球面椭圆面 10、Schiefspiegler 斜反射离轴 11、Three-mirror Cassegrain三片反射镜面型任意 以下详细介绍这几种卡塞格林结构形式： 1、Classical Cassegrain （经典的卡塞格林系统）： "传统的"卡塞格林望远镜有抛物面镜的主镜，和双曲面的次镜将光线反射并穿过主镜中 心的孔洞，折叠光学的设计使镜筒的长度紧缩。在小望远镜和照相机的镜头，次镜通常安装 在封闭望远镜镜筒的透明光学玻璃板上的光学平台。这样的装置可以消除蜘蛛型支撑架造成 的"星状"散射效应。封闭镜筒虽然会造成集光量的损失，但镜筒可以保持干净，主镜也能得到保护。 它利用双曲面和抛物面反射的一些特性，凹面的抛物面反射镜可以将平行于光轴入射的所有 光线汇聚在单一的点上一焦点；凸面的双曲面反射镜有两个焦点，会将所有通过其中一个焦 点的光线反射至另一个焦点上。这一类型望远镜的镜片在设计上会安放在共享一个焦点的位置上，以便光线能在双曲面镜的另一个焦点上成像以便观测，通常外部的目镜也会在这个点 上。抛物面的主镜将进入望远镜的平行光线反射并汇聚在焦点上，这个点也是双曲线面镜的 一个焦点。然后双曲面镜将这些光线反射至另一个焦点，就可以在那儿观察影像
中国重要的观测站 2016年7月3日，中科院国家天文台主持建设，位于贵州省平塘县大窝凼洼地的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜（简称FAST）完成最后一块反射面单元的吊装。根据建设规划，FAST将在2016年9月全部建成并初步投入使用，届时，FAST成为世界上现役的口径最大、最具威力的单天线射电望远镜。 中国科学院新疆天文台始建于1957年，原名为中国科学院乌鲁木齐人造卫星观测站，1987年更名为中国科学院乌鲁木齐天文站，2001年4月更名为中国科学院国家天文台乌鲁木齐天文站，2011年1月更名为现名。新疆天文台经过近60年的发展，已成为我国综合性天文研究机构之一。 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站（简称长春人卫站）始建于1957年10月，原
名为中国科学院长春人造卫星观测站，1974年迁至长春市净月潭西山。2001年4月，更名为中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 长春人卫站研究领域包括空间目标精密测定轨、卫星动力学、天文地球动力学和天体物理学。 中国科学院紫金山天文台成立于1950年5月20日。前身是1928年2月成立的国立中央研究院天文研究所。是我国自己建立的第一个现代天文学研究机构，被誉为“中国现代天文学的摇篮”。紫金山天文台是以天体物理和天体力学为主要研究方向的研究所，1999年3月成为中国科学院知识创新工程试点单位之一。
中国科学院国家天文台成立于2001年4月，系由中国科学院天文领域原四台三站一中心撤并整合而成，包括总部及4个直属单位，总部设在北京，直属单位分别是：云南天文台、南京天文光学技术研究所、新疆天文台和长春人造卫星观测站。紫金山天文台、上海天文台继续保留院直属事业单位的法人资格，为国家天文台的组成单位。 1938年，原中央研究院天文研究所从南京迁到云南省昆明市东郊凤凰山（现云南天文台台址）。抗战胜利后，中央研究院天文研究所迁回南京，在凤凰山留下一个工作站，该站隶属关系几经变更，1972年经国家计委批准，正式成立中国科学院云南天文台。2001年，经中央机构
光学课程设计——望远镜系统-精品 2020-12-12 【关键字】情况、方法、条件、空间、领域、质量、传统、认识、问题、焦点、系统、有效、现代、良好、优良、透明、保持、了解、研究、特点、位置、关键、网络、理想、地位、基础、需要、环境、工程、负担、方式、作用、结构、关系、分析、调节、形成、满足、保证、维护、指导、强化、取决于、方向、适应、实现、减轻、中心、重要性 望远镜系统结构设计 指导教师：张翔 专业：光信息科学与技术 班级：光信息08级1班 姓名： 学号： 目录 第一部分设计背景 (1) 第二部分设计目的及意义 (1) 第三部分望远镜介绍 (1) 3.1望远镜定义 (1) 3.2望远镜分类及相应工作原理 (2) 第四部分望远镜系统设计 (3) 4.1开普勒望远镜 (3) 4.2望远镜系统常用参数 (4) 4.3外形尺寸计算 (6) 4.4伽利略望远镜 (8) 4.5物镜组的选取 (9) 4.6望远镜像差类型及主要结构 (10) 4.7双胶物镜与双分离物镜分析 (12) 4.8内调焦望远物镜分析 (14) 4.9目镜组的选取 (14) 4.10目镜主要像差及分析 (17)
4.11棱镜转像系统 (17) 4.12转折形式望远镜系统 (18) 4.13光学系统初始结构参数计算方法 (18) 4.14应用光学系统中的光栅 (20) 第五部分设计总结 (21) 第六部分参考文献 (21) 一．设计背景 在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测与识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等。 其中我国以高功率激光科研和激光核聚变研究为目的的光电系统——“神光二号”，颇具代表。“神光二号”对于未来的能源危机和我国的军事领域有着重要意义。 二．设计目的及意义 运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜外形尺寸、 物镜组、目镜组及转像系统的简易或远离设计。了解光学设计中的PW法基本原理。 三．望远镜介绍 3.1 望远镜定义 望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。根据望远镜原理一般分为三种。一种通过收集电磁波来观察遥远物体的仪器。在日常生活中，望远镜主要指光学望远镜。但是在现代天文学中，天文望远镜包括了射电望远镜，红外望远镜，X射线和伽吗射线望远镜。近年来天文望远镜的概念又进一步地延伸到了引力波，宇宙射线和暗物质的领域。或者再经过一个放大目镜进行观察。日常生活中的光学望远镜又称“千里镜”。它主要包括业余天文望远镜，观剧望远镜和军用双筒望远镜。 【望远镜基本工作示意图】 3.2 望远镜分类及相应工作原理 1．折射式望远镜 是用透镜作物镜的望远镜。分为两种类型：由凹透镜作目镜的称伽利略望远镜；由凸透镜作目镜的称开普勒望远镜。因单透镜物镜色差和球差都相当严重，现代的折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜。其中以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/7c7855652.html, 基于FAST望远镜建成对于贵州的发展研究作者：刘兴军张金榕 来源：《环球市场》2018年第03期 摘要：贵州省位于云贵高原腹地，平均海拔在1100米左右，是全国唯一没有平原支撑的省份。贵州省内喀斯特地貌广泛分布，石漠化较严重，处于贫困山区，经济发展落后，但是旅游资源丰富，尤其是民族多样化和生态旅游资源保存良好。随着FAST望远镜（Five hundred meters Aperture SphericalTelescope，FAST）在贵州的正式落户并建成，所以本着促进经济发展的原则，本课题致力于提高贵州在中国乃至世界的知名度，以FAST望远镜的建成为催化剂，推动贵州经济发展，提高贵州省经济和科技发展水平，使贵州加快发展，加快脚步，在2020 年前实现全面建成小康社会的目标。同时，深入研究FAST望远镜的发展现状和发展方向，以及其带来的社会效益，是本课题将要分析解决的问题。 关键词：FAST望远镜；贵州省；经济发展 一、FAST望远镜现状以及发展趋势 从美国人G.雷伯在1937年制造抛物面型射电望远镜成功到德意志联邦共和国100米望远镜和中国世界最大FAST望远镜，科学家们用尽心血，战胜困难终于取得成功。在当代也是一样，FAST望远镜的成功并不是一帆风顺，而是中国科学家不断努力，不断创新，展望未来的成果。中国科学家把造价和效能结合起来考虑，利用贵州平塘喀斯特地貌的天然优势，设计并打造了直径500米的大射电望远镜，这在世界上是绝无竟有的，也是很多国家难以企及的目标，其与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比，灵敏度提高约10倍；与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪十大工程之首的美国Arecib0 300米望远镜相比，其综合性能提高约10倍。FAST望远镜作为世界最大的单口径望远镜，在未来20 - 30年保持世界一流设备的地位。其将为中国的天文事业和外太空事业发展提供物质基础，进一步加快中国的外太空水平走上新台阶的脚步，并且会在接收外星信号、发现地外文明和探索宇宙奥秘等方面为中国和世界做出不可磨灭的贡献，这是其他的射电望远镜难以比拟的。 据研究表明，单个中等孔径厘米波射电望远镜的用途越来越少。主要单抛物面天线将更普遍地并入或扩大为甚长基线、连线干涉仪和综合孔径系统工作。随着设计、工艺和校准技术的改进，将会有更多、更精密的毫米波望远镜出现。中科院科学家南仁东：“天体之间的距离是非常遥远的，目前只能利用射电波即无线电波寻找地外文明。一旦在遥远的某个恒星上有理性社会及文明存在，他们的活动所产生的无线电波（电磁波的一种）向外发送，并很可能会传到地球，从而就可能接收到外星射电波，从而获得地外文明存在的信息。”根据地球接受地外文明信号的原理，将来很有可能会增加望远镜的球面直径，提高灵敏度，为世界探索地外文明迈出更关键的一步。 二、贵州省经济发展状况
望远镜的光学形式与优缺点简介 望远镜的光学形式分为折射式、反射式、折反射式等三种。 折射望远镜 折射镜的镜片结构是由二片到三片所组合的消色差设计。 优点：焦距长、视野较大、解析力强、拍摄出的星点锐利，星像明亮，最适合于做天体测量方面的工作、观测月球、行星、双星表现出色，较大口径的产品易于地面观景、非常适合做月面及行星的扩大摄影。影像清晰锐利，高对比度、较好的消色差设计、极好的APO高消色差、好的镜片几乎无色差、使用寿命很长，但须注意不要让镜片发霉、易于设置和使用、保养容易，很少或不需要维护、底片比例尺大、对镜筒弯曲不敏感、简单和可靠的设计、密封的镜筒避免了空气扰动图像并保护光学镜片、物镜永久固定式安装，无需校正。 缺点：价格高昂。大口径规格比较昂贵、较重、长度和体积比同等口径和焦距的牛顿反射或折反望远镜更大、存在一些色彩畸变(消色差双胶合透镜)、有残余的色差，从而降低了分辨率、优质折射镜的物镜是2片双分离消色差物镜或3片复消色差物镜。不过，消色差或复消色差并不能完全消除色差，所谓消色差物镜只是对白光中7种色光的2种色光（红和兰光）消除色差，而复消色差物镜除了对2种色光
消色差之外，还对第3种色光（黄光）消除了剩余色差。短焦的折射镜有周边像差的现象，但这些缺点现已可解决。口径无法做太大，增大口径的成本因素限制了商业产品的最大尺寸，经济的设计大多为中小口径产品、巨大的光学玻璃浇制也十分困难，对紫外、红外波段的辐射吸收很厉害、到1897年叶凯士望远镜建成，折射望远镜的发展达到了顶点，此后的这一百年中再也没有更大的折射望远镜出现。这主要是因为从技术上无法铸造出大块完美无缺的玻璃做透镜，并且，由于重力使大尺寸透镜的变形会非常明显，因而丧失明锐的焦点。反射式望远镜： 优点：口径较大，影像明亮。成本低，没有色差，可做较大的口径，适合做星云、星团的摄影。没有色差，能在广泛的可见光范围内记录天体发出的信息，且相对于折射望远镜比较容易制作。 缺点：口径越大，视场越小，光轴需常调整，反射镜面镀膜易氧化，物镜需要定期镀膜（三至五年），否则星星愈看愈暗，保养较为繁复。反射镜的慧差和像散较大，使得视野边缘像质变差，周边像差使星象肥大。彗形像差，这已被克服。 常用的反射镜有牛顿式和卡塞格林式2种。 牛顿反射望远镜 光学系统简单、价格便宜，球面反射镜在后端，目镜在前端侧面；牛顿反射望远镜采用一面凹面镜作为主要物镜，光进入镜筒的底端，然后折回开口处的第二反射镜，再次改变方向进入目镜焦平面。目镜为便于观察，被安置靠近望远镜镜筒顶部的侧方。牛顿反射望远镜用
光学课程设计 望远镜结构系统设计 姓名:曾茂桃 班级:光通信082 学号:2008031126 指导老师:张翔
摘要 该报告运用应用光学知识，了解望远镜的历史,在工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。了解光学设计中的PW 法基本原理。并应用光学设计软件对系统误差、成像质量进行理论分析。初级像差理论与像差的校正和平衡方法，像质评价与像差公差，光学系统结构参数的求解方法。望远物镜设计的特点、双胶合物镜结构参数的求解和光学特性。目镜设计的特点、常用目镜的型式和像差分析等都有了一个明确的简要的介绍。 关键字：望远镜物镜目镜放大率分辨率内调焦望远镜 PW法光栅
目录 一概述…………………………………………………………页二望远镜尺寸设计与分析…………………………………页2.1 望远镜的简述…………………………………………………………页2.2 望远镜的主要特性分析………………………………………………页三分物镜组与目镜组的选………………………………………………页 3.1望远镜物镜需要消除的像差类型及主要结构形式…………………页3.2双胶物镜和双分离物镜………………………………………………页 3.3内调焦望远镜…………………………………………………………页 四.目镜组的主要种类及其结构：………………………….. 页 4.1惠更斯目镜……………………………………………………………页4.2冉斯登目镜……………………………………………………………页 4.3Porro、Roof棱镜结构及其特点…………………………………页 五.望远镜像差设计PW法………………………………….. 页 5.2物体在有限距离时的P,W的规化……………………………………页5.5用C ,表示的初级像差系数………………………………………页 P, W 六.光学系统中的光栅分析……………………………………页
1997年朱迪·福斯特主演的科幻片《接触未来》给我们讲述了人类对外星生命的探索：聪慧的伊莉除了喜欢问一些有关星星的问题外，还不时地使用短波收音机，希望能听到来自宇宙的声音。她的父亲过世后，无助的伊莉开始全心投入科学，通过巨大的射电望远镜群，致力于接收外星讯号的研究。某天清晨，伊莉如往常般一人在沙漠中的基地聆听天外之音，一个强大而又清晰的讯息从天而降，她发现了外星生命……这一切已不是科幻，美国行星学会近日发表一项公告，呼吁因特网上的天文爱好者参与寻找地球外文明的科学实验。这个项目是美国加州大学伯克利分校（UC Berkeley，UCB）有关“搜寻地球以外智能”（Search Extraterres－trial Intelligent简称SETI）四个研究项目中的一项，其全称是“在家中搜寻地球以外的智能”，缩写为SETI@home。SETI@home简单地说是一项旨在利用连入因特网的成千上万台计算机的闲置能力“搜寻外星文明（SETI）”的巨大试验。每一个参加者可以用下载并运行SETI@home屏幕保护程序的方式以自己的计算机参与检测外星文明信号的活动。 SETI@home 的工作原理 SETI@home 的工作由数据收集——>数据传送——>数据分析及回收——>数据后处理——>信息发布组成的。 1.数据收集是通过波多黎哥国家天文和电离层中心建立在群山森林环抱中的、直径为305米（其面积相当于26个足球场大小）的巨型Arecibo射电望远镜进行的。Arecibo将每天观测到的大约35 GB的数据记录在海量数字磁带上，并通过卫星传回UCB。整个SETI@home项目的太空观测约需要1100盒数字磁带以记录39 TB（terabytes，1TB=1000GB）的数据。 2.SETI@home把从Arecibo收集到的数据，经过计算分析之后根据客户的需要和电脑的情况，划分为小的工作单元即数据块。工作单元通过因特网传送到全球成千上万个客户端以进行数据处理。 3.SETI@home传送数据结束后将自动切断连接，客户电脑便在SETI@home屏幕保护运行时开始对数据进行处理；SETI@home应用程序对工作单元中的数据完成快速傅立叶变换的计算，其中大约要进行1750亿次运算，当一个工作单元分析完毕，闪烁的小图标便会提示客户回送并下载新的数据。 4.所有客户端所获得的有价值的信号都将送回到SETI@home。绝大多数客户端软件所找到的信号都是来自于地球的无线电频率干扰（RFI），SETI@home使用一大批算法和已知电信频率干扰资源的大数据库（SERENDIP IV 数据库）的数据来对比，从而排除所有可能的RFI。对于极少数（可能只有<0.0001％）未被排除的信号，则将通过下一次观测太空中同一部位进行检测，如果该信号被再次确认，SETI@home 将要求给定望远镜使用时间，并再次观测这一最令人感兴趣的信号! 假如一个上述信号被观测到多次，并确认它不是RFI和测试信号，SETI@home将要求其他的天文研究组织使用不同的射电望远镜、接收器、电脑等再进行探测和辨识、确认。 5.一旦信号被确认，SETI@home 将按照国际天文学联合会（International Astronomical Union，IAU）的电报发表公告，这是天文学界取得重大发现时公之于众的一种标准方式。而用其屏幕保护程序找到该信号的人（人们），并将和SETI@home队伍中的其他成员一起被赋予“合作发现者”的称号。 Join Now!马上参加SETI@home! 你要参与这一项目，首先可到SETI@home设在UCB的英文主页：https://www.doczj.com/doc/7c7855652.html,下载SETI@home 软件包，其Windows 版大小为704 KB，运行环境要求至少32MB内存和800×600显示分辨
目录 摘要.......................................................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................................................ I I 1绪论. (1) 2 光学设计软件ZEMAX介绍 (2) 3卡塞格林望远镜的结构及工作原理 (4) 3.1卡塞格林望远镜的基本组成 (4) 2.2经典的卡塞格林系统工作原理 (5) 3施密特-卡塞格林系统 (6) 4带有非球面矫正器的施密特-卡塞格林系统的设计 (8) 5 施密特-卡塞格林系统的仿真分析 (20) 5.1 系统的波像均方差(OPD)分析 (20) 5.2 系统的光学传递函数(MTF)分析 (20) 6心得体会 (22) 参考文献 (23)
摘要 望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜”。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼，使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。1608年荷兰人汉斯·利伯希发明了第一部望远镜。1609年意大利佛罗伦萨人伽利略·伽利雷发明了40倍双镜望远镜，这是第一部投入科学应用的实用望远镜。 卡塞格林望远镜的设计是以伯恩哈德·施密特的摄星仪基础，一如施密特摄星仪使用球面镜做主镜，并以修正板来改正球面像差；承袭卡塞格林的设计，以凸面镜做次镜，将光线反射穿过主镜中心的孔洞，汇聚在主镜后方的焦平面上。有些设计会在焦平面的附近增加其他的光学元件，例如平场镜。 关键词：望远镜卡塞格林望远镜
. 天文望远镜的发展 【关键词】天文设备，天文望远镜，天文技术 1天文学研究与天文技术在国家科技发展中的战略地位 1.1 天文学研究成果极大丰富了现代知识体系天文学研究宇宙中各种不同尺度天体的运动、结构、组成、起源和演化，对人类文明和社会进步有着多方面的重要影响。自古以来，天文学知识和技术在人类生产和生活中发挥着重大作用，历法的制订、测绘、授时、导航等都应用了天文学方法。随着科学技术的进步，天文学的应用领域不断扩大。例如，地球气候变化记录中的天文周期，有助于我们了解其在全球变化中怎样发生作用，小行星撞击地球可能导致恐龙灭绝，地球上多次大规模生物灭绝事件所呈现出的周期性可能与 太阳系穿越银河系旋臂的周期有关。此外，对太阳系和空间环境的研究，在人类开发和利用太空的活动中也发挥着极其重要的保障作用。 1.2 天文技术方法是高技术发展的创新源头之一天文学家为探测宇宙最暗弱信号而发展出来的技术和方法已在关乎国家战略发展的诸多高科技领域得到重要应用，成为高技术发展的创新源头之一。例如，为发展 X 射线天文学而组建的小型高技术公司美国科学与工程公司（American Science & Engineering，AS&E）现已发展成为一家国际著名企业，其X 射线成像技术和X 光检测仪器等工业产品被广泛用于科学、国防、教育、医药和安全领域。该企业创建者之一，里卡尔多·?贾科尼博士，因其对X 射线天文学发展的先驱性贡献，获得了2002 年诺贝尔物理学奖；再如，为克服大气湍流对天文望远镜成像干扰而发展的自适应光学技术，已迅速向其他领域推广，在我国也已成功应用于激光核聚变装置波前校正系统，以及人眼视网膜成像。另外，澳大利亚天文学家将傅里叶变换用于射电天文数据分析，从而得到更清晰的黑洞观测图像，这种处理方法已被广泛应用于通讯领域，成为无线上网技术WiFi的核心技术。1.3 天文应用观测强力支撑国家导航与空间探测美国国家航空航天局和欧洲航天局等发达国家最具影响力的宇航与空间探测项目，几乎都与天文观测密切相关，并依靠地面观测手段给予强大支撑。例如，国际大型射电望远镜均承担重要空间探测活动的精密测定轨任务；天文学家发明了全球定位系统技术（GPS）；综合孔径射电成像技术被广泛应用于大地测量、遥感、雷达等领域，赖尔因此获得诺贝尔奖。 我国天文学研究的长期积累以及设备发展，在服务国家导航与空间探测方面发挥了重要作用。新中国天文事业是伴随着国家在国防安全和经济建设中的战略需求任务，特别是“两弹一星”任务而发展起来的。通过一系列工程建设，国家授时、航天历算、卫星动力测地、人造卫星观测网等服务体系分别在紫金山天文台、上海天文台、北京天文台、陕西天文台、新疆和长春人造卫星观测站等单位从无到有地建立起来，为国防安全和经济建设做出了重大贡献。近年来，我国天文学家自主提出并验证了基于通信卫星的转发式卫星导航系统，综合利用天体精密测定轨技术、微弱信号检测技术、精密时间测量技术等方面的优势，成为中
应用光学课程设计报告 ———15倍双目望远镜 姓名： 班级学号： 指导教师： 光电工程学院 2016年01月04日
一、望远镜系统的原理 (3) 二、课程设计的内容及要求 (3) 三、光学元件尺寸计算及数据处理总结 (4) （一）、目镜的计算 (4) （二）、物镜的结构形式及外形尺寸计算 (7) （三）、计算分划板 (7) （四）、计算棱镜 (8) （五）、像差计算 (9) （六）、建立数据文件 (15)
一、望远镜系统的原理 亥普勒望远镜的原理示意如下图1所示： 图 1 图中可见亥普勒望远镜是由正光焦度的物镜与正光焦度的目镜构成，与显微镜不同的是望远镜的光学间隔为0，平行光入射平行光射出。其系统的视觉放大倍率为： '//D D f f e o -=''-=Γ 式中，0f '为物镜的焦距；e f '为目镜的焦距；D 为入瞳直径；'D 为出瞳直径。在此成像过程中，有一个实像面位于分划面上，可以实现相应的瞄准或测量。 由于亥普勒望远镜成倒像不利于观察，故而需在系统中加入一个由透镜或棱镜构成的转像系统。军用望远镜的转像系统多是用两个互相垂直放置的 180-II D 棱镜（即保罗棱镜）组成。 伽利略望远镜是由正光焦度的物镜和负光焦度的目镜组成，其视觉放大率大于1，形成的是正立的像，无需加转像系统，也无法安装分划板，应用较少。 二、课程设计的内容及要求 1、根据已知的一些技术要求，进行外型尺寸计算； 1）目镜的选取及计算； 2）物镜的结构型式及外型尺寸计算； 3）分划板的外型尺寸计算； 4）棱镜的类型选取及外型尺寸计算； 2、像差计算 1）求取棱镜的初级像差； 2）求取物镜的初级像差； 3）根据物镜的像差求出双胶合物镜的结构参数。
射电望远镜radio telescope With the massive facility officially beginning to operate on Sunday, leading scientists told China Daily that foreign scientists will be welcome to use China's gigantic Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, known as FAST. 中国的500米口径球面射电望远镜于周日（9月25日）正式开始启用，负责该项目的科学家们表示，欢迎外国科学家们使用该望远镜。 It is a single-aperture telescope the size of 30 soccer fields, located in Guizhou province in southwestern China. 这是一个单口径望远镜，拥有30个足球场大的接收面积，位于中国贵州省。 这两天的新闻报道中多次出现FAST这个词，不过要注意的是，这里的FAST是个缩略词，指的是Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope，即“500米口径球面射电望远镜”。 光学望远镜（optical telescope）和射电望远镜（radio telescope）都是观测宇宙天体 的重要工具。二者的区别在于：光学望远镜是用于收集可见光的一种望远镜，并且经由聚焦光线，可以直接放大影像、进行目视观测或者摄影（create a magnified image for direct view or to make a photograph）等；射电望远镜接收的是肉眼看不到的射电波（radio waves），跟接收卫星信号的天线锅类似，通过锅的反射聚焦，把几平方米到几千平方米 的信号聚拢到一点上。因此，FAST的工作不是“看”，而是“听”，依靠500米口径的“大耳朵”来“收听”太空深处物体发出的无线电波。 FAST落成之后便成为世界上最大的射电望远镜，比位居第二的望远镜直径多出200米（surpassing the second-largest by 200 meters in diameter）。其综合观测能力提高了约10倍，将在未来10到20年保持世界领先地位。在FAST之前，世界上最大的单口径射电望远镜是位于波多黎各的阿雷西博天文台（Arecibo Observatory），直径为305米，后扩建为350米。
施密特-卡塞格林系统的优化设计 本次实验将使用到：polynomial aspheric surface, obscurations,apertures, solves, optimization, layouts, MTF plots。 本次实验是完成Schmidt-Cassegrain 及polynomial aspheric corrector plate。 这个设计是要在可见光谱中使用，需要一个10 inches的aperture 和10 inches 的back focus。 开始，先把primary corrector， System, General, 在aperture value 中键入10。
同在一个screen 把unit “Millimeters”改为“Inches”。 再把Wavelength 设为3个，分别为0.486，0.587，0.656，且0.587定为主波长。
也可以在wavelength 的screen 中按底部的select 键，选默认波长。默认的field angle value，其值为0。
依序键入如下LED 表的相关数据，此时the primary corrector为MIRROR 球镜片。 2D图如下：
现在加入第二个corrector，并且决定imagine plane 的位置。 输入如下的LDE，注意到primary corrector 的thickness 变为-18，比原先的-30小，这是因为要放second corrector 并考虑到其size 大小的因素。 在surface4 的radius 设定为variable，通过optimization, Zemax
射电天文及太赫兹技术的应用与发展 目录： 1. 射电天文学的介绍； 2. 太赫兹波段的特点； 3. 太赫兹科学技术与应用发展； 4. 高度灵敏探测技术和超导技术的发展； 5. SMA及ALMA计划，后端频谱处理技术，南极天文台太赫兹望远镜计划介绍。 摘要：射电天文学理论认为由于地球大气的阻拦，从天体来的无线电波只有波长约1毫米到30米左右的才能到达地面，绝大部分的射电天文研究都是在这个波段内进行的。射电天文学以无线电接收技术为观测手段，观测的对象遍及所有天体：从近处的太阳系天体到银河系中的各种对象，直到极其遥远的银河系以外的目标。在宇宙中，大量的物质在发出THz电磁波。炭（C）、水（H2O）、一氧化碳（CO）、氮 （N2）、氧（O2）等大量的分子可以在THz频段进行探测。而这些物质在应用THz 技术以前一部分根本无法探测而另一部分只能在海拔很高或者月球表面才可以探测到。 关键词：射电天文太赫兹超导 正文： 一：射电天文： 对于研究射电天体来说，测到它的无线电波只是一个最基本的要求。人们还可以应用颇为简单的原理，制造出射电频谱仪和射电偏振计，用以测量天体的射电频谱和偏振。研究射电天体的进一步的要求是精测它的位置和描绘它的图像。一般说来，只有把射电天体的位置测准到几角秒，才能够较好地在光学照片上认出它所对应的天体，从而深入了解它的性质。为此，就必须把射电望远镜造得很大，比如说，大到好几公里。这必然会带来机械制造上很大的困难。因此，人们曾认为射电天文在测位和成像上难以与光学天文相比。可是，五十年代以后，射电望远镜的发展，特别是射电干涉仪（由两面射电望远镜放在一定距离上组成的系统）的发展，使测量射电天体位置的精度稳步提高。五十年代到六十年代前期，在英国剑桥，利用许多具射电干涉仪构成了“综合孔径”，系统，并且用这种系统首次有效地描绘了天体的精细射电图像。接着，荷兰、美国、澳大利亚等国也相继发展了这种设备。到七十年代后期，工作在短厘米波段的综合孔径系统所取得的天体射电图像细节精度已达2″，可与地面上的光学望远镜拍摄的照片媲美。射电干涉仪的应用还导致了六十年代末甚长基线干涉仪的发明。这种干涉仪的两面射电望远镜之间，距离长达几千公里，乃至上万公里。用它测量射电天体的位置，已能达到千分之几角秒的精度。七十年代中，在美国完成了多具甚长基线干涉仪的组合观测，不断取得重要的结果。
望远镜系统结构设计 指导教师： 张 翔 专 业：光信息科学与技术 班 级：光信息08级1班 姓 名： 学 号： 20080320 光学课程设计
目录 第一部分设计背景 (1) 第二部分设计目的及意义 (1) 第三部分望远镜介绍 (1) 3.1望远镜定义 (1) 3.2望远镜分类及相应工作原理 (2) 第四部分望远镜系统设计 (3) 4.1开普勒望远镜 (3) 4.2望远镜系统常用参数 (4) 4.3外形尺寸计算 (6) 4.4伽利略望远镜 (8) 4.5物镜组的选取 (9) 4.6望远镜像差类型及主要结构 (10) 4.7双胶物镜与双分离物镜分析 (12) 4.8内调焦望远物镜分析 (14) 4.9目镜组的选取 (14) 4.10目镜主要像差及分析 (17) 4.11棱镜转像系统 (17) 4.12转折形式望远镜系统 (18) 4.13光学系统初始结构参数计算方法 (18) 4.14应用光学系统中的光栅 (20) 第五部分设计总结 (21) 第六部分参考文献 (21)
一．设计背景 在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测与识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等。 其中我国以高功率激光科研和激光核聚变研究为目的的光电系统——“神光二号”，颇具代表。“神光二号”对于未来的能源危机和我国的军事领域有着重要意义。 二．设计目的及意义 运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜外形尺寸、 物镜组、目镜组及转像系统的简易或远离设计。了解光学设计中的PW法基本原理。 三．望远镜介绍 3.1 望远镜定义 望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。根据望远镜原理一般分为三种。一种通过收集电磁波来观察遥远物体的仪器。在日常生活中，望远镜主要指光学望远镜。但是在现代天文学中，天文望远镜包括了射电望远镜，红外望远镜，X射线和伽吗射线望远镜。近年来天文望远镜的概念又进一步地延伸到了引力波，宇宙射线和暗物质的领域。或者再经过一个放大目镜进行观察。日常生活中的光学望远镜又称“千里镜”。它主要包括业余天文望远镜，观剧望远镜和军用双筒望远镜。 【望远镜基本工作示意图】
望远镜的基本原理 望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。一般分为三种。 一、折射望远镜 折射望远镜是用透镜作物镜的望远镜。分为两种类型：由凹透镜作目镜的称伽利略望远镜；由凸透镜作目镜的称开普勒望远镜。两种望远镜的成像原理如图1所示。 图1 伽利略望远镜是物镜是凸透镜而目镜是凹透镜的望远镜。光线经过物镜折射所成的实像在目镜的后方（靠近人目的后方）焦点上，这像对目镜是一个虚像，因此经它折射后成一放大的正立虚像。伽利略望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距的比值。其优点是镜筒短而能成正像，但它的视野比较小。把两个放大倍
数不高的伽利略望远镜并列一起、中间用一个螺栓钮可以同时调节其清晰程度的装置，称为“观剧镜”；因携带方便，常用以观看表演等。伽利略发明的望远镜在人类认识自然的历史中占有重要地位。其优点是结构简单，能直接成正像。 开普勒望远镜由两个凸透镜构成。由于两者之间有一个实像，可方便的安装分划板，并且各种性能优良，所以目前军用望远镜，小型天文望远镜等专业级的望远镜都采用此种结构。但这种结构成像是倒立的，所以要在中间增加正像系统。正像系统分为两类：棱镜正像系统和透镜正像系统。我们常见的前宽后窄的典型双筒望远镜既采用了双直角棱镜正像系统。这种系统的优点是在正像的同时将光轴两次折叠，从而大大减小了望远镜的体积和重量。透镜正像系统采用一组复杂的透镜来将像倒转，成本较高。 因单透镜物镜色差和球差都相当严重，现代的折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜。其中以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制成的凸透镜和一块火石玻璃制成的凹透镜组成，对两个特定的波长完全消除位置色差，对其余波长的位置色差也可相应减弱，如图2所示。 图2
施密特-卡塞格林望远镜的设计(一) 摘要 ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，包括光学设计需要的所有功能， 可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的 综合性程序。 ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。 关键字：光学，模拟 1．Zmax软件的介绍 ZEMAX 是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的 设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起。ZEMAX 不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其他软件不同的是 ZEMAX 的 CAD 转档程序都是双向的，如 IGES 、 STEP 、 SAT 等格 式都可转入及转出。而且 ZEMAX可仿真 Sequential 和 Non-Sequential 的成像系统和非 成像系统， ZEMAX 当前有： SE 及 EE 两种版本。序列性（ Sequential ）光线追迹大 多数的成像系统都可由一组的光学表面来描述，光线按照表面的顺序进行追迹。如相机镜头、望远镜镜头、显微镜镜头等。 ZEMAX 拥有很多优点，如光线追迹速度快、可以直接 优化并进行公差计算。 ZEMAX 中的光学表面可以是反射面、折射面或绕射面，也可以创 建因光学薄膜造成不同穿透率的光学面特性；表面之间的介质可以是等向性的，如玻璃或空气，也可以是任意的渐变折射率分布，折射率可以是位置、波长、温度或其它特性参数的函数。同时也支持双折射材料，其折射率是偏振态和光线角度的函数。在 ZEMAX 中所 有描述表面的特性参数包括形状、折射、反射、折射率、渐变折射率、温度系数、穿透率和绕射阶数都可以自行定义。非序列性（ Non-Sequential ）光线追迹很多重要的光学 系统不能用 Sequential 光线追迹的模式描述，例如复杂的棱镜、光机、照明系统、微表面反射镜、非成像系统或任意形状的对象等，此外散射和杂散光也不能用序列性分析模式。这些系统要求用 Non-Sequential 模式，光线是以任意的顺序打到对象上， Non-Sequential 模式可以对光线传播进行更细节的分析，包括散射光或部分反射光。在进行 Non-Sequential 追迹时，用 ZEMAX 做的 3D 固体模型的光学组件，可以是任意形状且支持散射、绕射、渐变折射率、偏振和薄膜，可用亮度学和辐射度学的单位。 Sequential 的光源 在 Sequential追迹中，光源由物面上的视场或Bitmap扩展光源定义。有常规的点光源， 视场点可由角度、物高、实际像高或近轴像高来定义；点光源可以用不同权重定义，还可以分别指定每个光源的渐晕，进而调整不同视场的相对照度或F/＃。ZEMAX也支持像散 或椭圆形状的二极体光源及扩展光源，这些光源允许使用者用ASCII码自行定义的，它类似于Bitmap图形，或用标准的Windows BMP或JPG格式而且各个象素上的光强度可以 是不同的。 Non-Sequential 光源 Non-Sequential 光源比 Sequential 光源复杂得多。
从2016年中国科技八件大事看中国科技发展 决胜“十三五”靠什么？靠创新发展。其中，科技创新是第一动力。改革开放三十年来，我国的科技事业蓬勃发展，取得了举世瞩目的巨大成就。科技发展为经济发展、社会进步、民生改善、国家安全提供了重要支撑，其整体水平已位居发展中国家前列，有些科研领域达到国际先进水平。但同时也应看到，在我国的科技发展中仍存在不少问题，很多领域的科技水平和世界发达国家相比仍存在着相当大的差距。当今世界，科技发展日新月异，科技已成为支撑和引领经济发展和人类文明进步的主要动力，谁掌握了先进科技，谁就掌握了经济社会发展的主动权，这既是机遇，更是挑战。 2016年我国在高新科技方面取得了八项举世瞩目的成就 1 “实践十号”将发射由中国航天科技集团公司五院总体部抓总研制的我国首颗微重力科学实验卫星——“实践十号”已运抵酒泉卫星发射中心，计划4月发射。 这颗卫星将成为专门用于微重力科学和生命科学的实验平台，为我国空间微重力研究提供新的技术手段。这个临时太空实验室将利用太空中微重力等特殊环境，在为期15天的飞行中完成微重力流体物理、微重力燃烧、空间材料科学、空间辐射效应、重力生物效应、空间生物技术六大领域19项实验。 2 中国航天60周年今年是中国航天创建60周年。全国政协委员、航天科技集团中国运载火箭技术研究院原党委书记梁小虹在2009年全国两会上提交了关于设立中国航天日的提案，得到数十名两院院士联名支持。提案提交以来，得到高度重视，国家有关部门认真研究、积极推进。“中国航天日对展示我国航天事业取得的成就，推动我国从航天大国向航天强国迈进，具有重要的意义。同时，有利于向全民普及科学知识。 3 三代“长征”齐登场，中国人期盼已久的大火箭2016年完成首秀！今年，新一代大、中型和固体运载火箭——长征五号、长征七号、长征十一号火箭将先后亮相，“老前辈”长征二号丙火箭以及步入“青壮年”的长征三号甲系列、长征二号F火箭也将集体登场。“长征五号火箭已完成首飞前的‘实战演练’，长征七号火箭正在总装。‘两兄弟’分别预计于今年9月份和6月份首飞。” 4 天宫二号将飞天。中国载人航天工程办公室宣布：今年年中至明年上半年，实施载人航天工程空间实验室任务，验证未来空间站关键技术。目前天宫二号已完成总装，各系统正在紧张备战。今年第三季度发射天宫二号。神舟十一号飞船将乘载两名航天员，与天宫二号完成对接，并在太空驻留30天。今年的载人航天任务将进入应用发展新阶段，在天宫二号上进行多项实验。 5 量子“魅力”大爆发。量子是什么？它来自拉丁语quantum，意为“有多少”，代表“相当数量的某物质”。在物理学中，指一个不可分割的基本个体。量子科学家的本领在于，可以对量子纠缠进行某种意义的“控制”，甚至异地“控制”。这种“控制”，能帮助不是科幻作家的你不敢想的很多事。比如，超级计算和加密通讯。全球首颗量子科学实验卫星已完成载荷、平台产品研制，正在对发射星集成测试；量子通信“京沪干线”已完成1554公里主干线光缆勘查和改造，将进行二期现场实施建设……由全国政协委员、中国科技大学常务副校长潘建伟团队担纲的两大量子项目进展顺利，将于今年建设完成。 6 C919将翱翔蓝天。中国人的大飞机终于要展翅高飞了。 7 “高分”家族将添新丁。“天眼”看地球，“慧眼”识九州。中国十六个重大科技专项中有一个“天眼工程”——高分辨率对地观测系统专项，简称“高分专项”。今年下半年，高分项目将再添新丁——具有1米分辨率，全天时、全天候对地观测能力的雷达遥感卫星高分三号。据国防科工局局长、国家航天局局长许达哲介绍，我国力争到2020年形成具有时空协调、全天时、全天候、全球范围观测能力的高分辨率对地观测系统。