C.F. Claver (NOAO), L. Seppala (LLNL), M. Liang (NOAO), K. Gilmore (SLAC), W. Gressler (NOAO), V. Krabbendam (NOAO), D. Niell (NOAO), S. Oliver (LLNL), J. Sebag (NOAO) and the LSST Collaboration
文章來(lái)源：Performance and Analysis of the LSST Optical System
LSST使用了一個(gè)改良的Paul-Baker三反射鏡光學設計(jì)，包含8.4m的主鏡、3.4m的次鏡和(hé)5m的第二次鏡。系統開(kāi)始向更深、更寬範圍以及更快的任務演變。主和(hé)第二次級表面的曲率半徑很(hěn)接近保障可(kě)以從單個(gè)基底制(zhì)造兩個(gè)反射鏡。這種獨特的設計(jì)，稱為(wèi)M1M3整料，在操作(zuò)對準和(hé)改進的結構剛度期間(jiān)，就減少(shǎo)自由度方面為(wèi)其他環形主面提供了顯著的優勢。為(wèi)三反射鏡望遠鏡提供了一個(gè)三元屈光校(xiào)正器(qì)，在64cm平坦焦面上(shàng)、在具有(yǒu)出色成像質量的6個(gè)光譜帶上(shàng)産生(shēng)3.5度全視(shì)場(chǎng)。最近的設計(jì)優化包括了三個(gè)相機鏡頭的零位補償檢驗，産生(shēng)了更加簡單的參數(shù)配置，減少(shǎo)了次鏡的非球面性。并進行(xíng)了透鏡位移、重力畸變、玻璃質量和(hé)制(zhì)造誤差的光學效應的詳細分析，表明(míng)該系統在工業制(zhì)造能力以內(nèi)是很(hěn)好的。雜散射光分析表明(míng)LSST能夠實現它的信噪比要求。在反射鏡、抗反射和(hé)濾波塗層的發展上(shàng)已經取得(de)進一步的成果，表明(míng)系統的吞吐量已經滿足了測量的深度要求并超過了濾波抑制(zhì)要求。
反射鏡測試
第一和(hé)第三反射表面将制(zhì)造成單個(gè)鏡坯，每個(gè)表面适用于光學計(jì)量标準。M1和(hé)M3之間(jiān)關系實現是通(tōng)過同步光學測試、激光跟蹤定位和(hé)機械偏心測量的組合實現的。
凸狀的二級鏡面限制(zhì)為(wèi)遠離一個(gè)球面19微米的非球面。在12個(gè)子孔徑內(nèi)使用矩陣光學試驗可(kě)以測量該表面。在試驗中具有(yǒu)受限靈敏度的低(dī)階表面誤差可(kě)以很(hěn)容易改正。
光學設計(jì)
在LSST光學設計(jì)的中心是一個(gè)三反射鏡系統，起源于Mersenne-Schmidt族的光學系統，可(kě)以在非常寬的視(shì)場(chǎng)産生(shēng)非常好的成像質量。LSST系統添加了一個(gè)三元屈光相機來(lái)進一步提高(gāo)成像質量，補償來(lái)自于濾光片和(hé)dewer窗口的色差，并且使焦平面平坦。半月形濾光片基闆保持光束的遠心充滿全視(shì)場(chǎng)，從而消除在濾光片響應時(shí)的任何波長偏移。L3的厚度由需求的應力安全餘量決定，可(kě)以用作(zuò)dewar窗口和(hé)真空(kōng)擋闆。生(shēng)成的圖像質量在50%處（下曲線）<0.2"，在80%能量環繞處（上(shàng)曲線）<0.3"橫跨整個(gè)可(kě)視(shì)光譜（330-1080Å）。
透鏡零位校(xiào)驗
三個(gè)屈光元件的每個(gè)零位校(xiào)驗作(zuò)為(wèi)最終設計(jì)優化的一部分。可(kě)以通(tōng)過整個(gè)光學系統非球面項的平衡來(lái)簡化可(kě)制(zhì)造性。最後，L1保持了完全球面光學，L2上(shàng)非常小(xiǎo)的非球面量引起了一個(gè)簡單的零位校(xiào)驗及M2上(shàng)非球面性的降低(dī)，同樣的在L3上(shàng)添加的非球面性極大(dà)的簡化了它的零點校(xiào)驗。每個(gè)零點校(xiào)驗均是沿着重力的取向實施。通(tōng)過在它們首選操作(zuò)取向上(shàng)校(xiào)驗透鏡，可(kě)以補償由重力扭曲導緻的1階光學誤差。
雜散&散射光分析
在FRED軟件包（Photon Engineering，LLC）中使用非序列光線追迹模型可(kě)以完成LSST散射光分析。LSST散射光模型包含了所有(yǒu)光學元件以及結構元件，表現為(wèi)圓頂（1），望遠鏡裝置（2），和(hé)相機組件（3）。每個(gè)光學表面賦予微表面粗糙規格及顆粒清潔度，非光學表面賦予Z306 Aeroglaze（塗黑(hēi)處理(lǐ)）。
關鍵面的分析是從2個(gè)視(shì)角分析照明(míng)模型元件：1）從探測器(qì)，2）從圓頂外部。在前一種情況下，從探測器(qì)的角度來(lái)看，關鍵面可(kě)以由這些(xiē)可(kě)見元件的主鏡 (藍(lán)色)，次鏡(綠色)和(hé)第二次鏡(紫色)來(lái)确定。在後一種情況中，通(tōng)過圓頂開(kāi)口（紅色）照明(míng)的任何表面可(kě)以标記為(wèi)關鍵表面。由兩個(gè)光線追迹共用的模型元件歸類為(wèi)一階散射表面。根據目前的設計(jì)，在LSST中超過300個(gè)這樣的表面存在。在全視(shì)場(chǎng)上(shàng)的綜合影(yǐng)響是點源透射比的函數(shù)，其中最重要的面可(kě)以識别出來(lái)。減輕這些(xiē)表面的影(yǐng)響是目前設計(jì)的重點。
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 紫色是三級鏡的反射光
直射：相機，相機內(nèi)部，圓頂底面，圓頂壁，方位組件，PM-TM交界面
從第二次鏡：相機外殼，次鏡擋闆葉片，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，主擋闆，擋風玻璃闆，圓頂內(nèi)部
為(wèi)了清楚，圓頂壁和(hé)望遠鏡結構已經隐藏
鬼像分析
屈光元件的二次反射會(huì)産生(shēng)不想要的鬼像。我們已經分析了在LSST光學系統中兩表面鬼像的所有(yǒu)組合。在每個(gè)透鏡表面鍍上(shàng)抗反射塗層，快速f/1.23 LSST光束在鬼像中産生(shēng)非常低(dī)的表面亮度。由濾光片基闆（插圖，最內(nèi)層圓）産生(shēng)的最壞情況鬼像比它的光源弱108倍（22.5倍放大(dà)）。遠離傳感器(qì)和(hé)L2表面2反射産生(shēng)的鬼像随着視(shì)場(chǎng)角幾乎是不變的。這個(gè)“瞳孔”的去除将是常規儀器(qì)校(xiào)正圖像處理(lǐ)的一部分。
系統吞吐量
LSST的六波段系統吞吐量由5個(gè)系統元件響應函數(shù)的乘積決定。整個(gè)系統響應（黑(hēi)色）組合了大(dà)氣、光學和(hé)傳感器(qì)QE的函數(shù)。在海拔2700m的位置，在平均溫度、濕度和(hé)壓力的條件下使用MODTRAN計(jì)算(suàn)出在智利帕切翁山(shān)的大(dà)氣透射率（藍(lán)色）。透鏡-反射鏡響應函數(shù)（紫色）結合了三個(gè)反射鏡表面和(hé)具有(yǒu)抗反射塗層的六個(gè)透鏡表面。鏡面反射基于混合AL-AG塗層，與雙子天文台合作(zuò)下開(kāi)發。理(lǐ)想的濾光片響應函數(shù)（下）是使用模系設計(jì)軟件計(jì)算(suàn)的（多(duō)層膜）。最終的六波段系統響應是單個(gè)響應函數(shù)的乘積總和(hé)。
參考：
paul-bake結構可(kě)以參考：http://www.telescope-optics.net/paul-baker_telescope.htm
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