[发明专利]基于光纤单元的焦面板非平面阵列孔均分制造方法

说明书

本公开提供了一种基于光纤单元的焦面板非平面阵列孔均分制造方法，包括：布置非平面阵列多孔；计算平面上各点的坐标值；通过可变焦点投影法计算平面上的各点在曲面上投影后的坐标值；比较上相邻两点间的间距；计算非平面阵列孔相邻各点间距最大误差；多次迭代优化误差，生成非平面阵列孔中心点的三维坐标。本公开能够制造具有高的位置精度安装光纤定位单元非平面阵列孔位，安装光纤单元后能够提高望远镜光学焦面上光谱接收能量效率，实现光纤在焦面上无盲区扫描覆盖。

技术领域

本公开涉及天文望远镜领域，尤其涉及一种基于光纤单元的焦面板非平面阵列孔均分制造方法。

背景技术

从20世纪80年代开始，国际上掀起了制造新一代大型望远镜的热潮，现代大型望远镜已成为国家综合国力和科技进步的标致之一。随着各种巡天计划的不断推出，天文光谱望远镜研究已经成为热点，在观测不同的天区时，天体的像(光斑)落在焦面的不同位置上，为了尽可能多地接收到天体的光能量，除了要求望远镜的光学系统具有好的性能外，还必须让焦面上的每一根光纤的入射端都准确地对准天体的像；实际观测时，由光纤接收头对准天体星像位置采集星像之光经光纤传输到光谱仪中。光纤接收能量效率是由几种影响引起的，包括模糊的星系图像、星系图像的横向错位、相对于光纤头，空气/玻璃界面处的损耗、光学和光纤中的反射和传输损耗、光纤焦比退化、衍射光栅效率等等。效率损失分为三类，光传输损失、光纤单元由于横向错位造成的损失、以及由于目标相对于光纤头的模糊和散焦而造成的损失。

现在世界上通常的做法有两种：一种是固定打孔法，即在焦面的基板上按所需观测天区的天体星像的对应位置分布打上孔，然后将光纤固定安装在这些孔内，观测时将该板放在望远镜的焦平面上。美国的Sloan数字化巡天(SDSS)项目在望远镜(APO)即用此法安装光纤。其不足在于，当观察者要改变观测天区时，即要更换新的光纤基板，加工量很大。同时由于其孔位固定，使微调十分不便。另一种做法为磁扣法，即以铁板为焦面基板，在每一个对应天体星像的位置处设置一个磁性扣头，在磁性扣头的上部有一棱镜，它将天体星像的光偏转90。射到平躺在铁板上的光纤中，然后再传输到光谱仪中去，磁扣头的放置由精巧的机器人执行。英澳望远镜(AAT)的星系红移巡天项目即用此法固定光纤。这种方法虽然有调整方便的优点，但是其结构复杂，而且每个接受端都有一根光纤拖在基板上，因此其布点密度不宜太大，考虑到其稳定性及误差，一般只适用于小型的光纤焦面基板。

上面介绍两种方法，在焦面基板上布置的光纤数分别为640根和400根光纤，每次观测天体目标数量较少，效率较低。其获得的百万量级天体光谱相对于千亿量级的天体数量犹如沧海一粟，需要制造出高密度焦面基板用光纤定位方法来观察海量的待观测目标。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种基于光纤单元的焦面板非平面阵列孔均分制造方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于光纤单元的焦面板非平面阵列孔均分制造方法，包括：

步骤A：布置非平面阵列多孔；

步骤B：计算平面上各点的坐标值；通过可变焦点投影法计算平面上的各点在曲面上投影后的坐标值；

步骤C：比较相邻两点间的间距；计算非平面阵列孔相邻各点间距最大误差；

步骤D：多次迭代优化误差，生成非平面阵列孔中心点的三维坐标。

在本公开的一些实施例中，所述步骤A包括：

步骤A1：根据阵列孔的个数与焦面板的面积和光纤定位单元间距相关，得到贯通孔的个数为：