基于光程变化量的反射式光学系统敏感度理论分析与降敏设计方法

孟庆宇，汪洪源，王 维，秦子长，3，王晓东

（1.哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心，黑龙江哈尔滨150001；2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130031；3.中国科学院大学，北京100049）

1 引 言

反射式光学系统已有400余年的发展历史［1］，并广泛地应用于大型光学系统中。从20世纪至今，随着宇宙科学、地球观测等领域对高分辨率成像的需求，大口径、长焦距反射式光学系统的体积越来越大，光学系统的焦距已增长到数十米至数百米的尺度，口径尺寸达到了数米至数十米的量级。反射式光学系统虽然构型相对简单，光学元件数量少，但随着焦距与口径的增大，光学系统的加工难度与装调敏感剧增，这为大型光学仪器的实现带来了挑战，消耗了巨大的经济与时间成本［2-3］。

光学系统的最终性能不仅取决于光学设计结果的好坏，还取决于建造过程中对于面形加工、装调位置、系统稳定性等各项误差因素的控制，而从过往经验来看，这些实际误差因素在光学系统设计中占据主导地位［4-5］。针对这一问题，在大口径、长焦距反射式系统的研制当中，一方面要通过CAA、主动光学、精密温控、高刚度高稳定性光机结构等手段实现更高精度的误差控制［6-12］；另一方面，也必须对光学系统的误差敏感性进行研究，探究光学系统误差敏感性的因素及影响规律，寻找光学系统的降敏设计方法，降低光学系统成像质量对误差控制精度的依赖，这对于降低大口径长焦距光学系统的建造难度、时间成本和经济成本具有重要的意义。……