Разработка зеркального модуля интегрального поля для астрономических спектрометров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Орехова Мария Кирилловна

• Орехова Мария Кирилловна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Орехова Мария Кирилловна

Реферат

Synopsis

Введение

1. Литературный обзор

1.1. Спектроскопия интегрального поля

1.2. Системы МИП, построенные с помощью микролинз

1.2.1. МИП OSIRIS

1.2.2. МИП SNIFS

1.2.3. МИП SAURON

1.3. Системы МИП, построенные с помощью оптического волокна

1.3.1. МИП IMACS

1.3.2. МИП LSR2

1.3.3. МИП VIMOS

1.3.4. МИП GMOS

1.4. Системы МИП, построенные с помощью плоских зеркал

1.4.1. МИП MuSICa

1.4.2. Прототип делителя поля «MuSICA» на 1.5-метровом солнечном телескопе GREGOR

1.4.3. МИП MUSE

1.4.4. МИП FISICA

1.4.5. МИП FRIDA

1.4.6. Прочие МИП на плоских зеркалах

1.5. MOEMS

Выводы по главе

2. Выбор схемы модуля интегрального поля и габаритный расчёт

2.1. Синтез МИП

2.2. Синтез МИП для солнечного телескопа-коронографа КСТ-3

Выводы по главе

3. Преобразование изображения системой плоских зеркал

3.1. Сканирующие системы

3.2. Математическое моделирование блока объединения субполей

3.3. Экспериментальное моделирование блока объединения субполей

3.4. Расчёт компенсационного угла поворота плоского зеркала

3.5. Пример расчёта компенсационного поворота зеркала вокруг оси Z

Выводы по главе

4. Качество изображения

4.1. Исследование влияния размера полевой диафрагмы на качество изображения в зеркальных модулях интегрального поля методами фурье-оптики

4.2. Расчёт распределения интенсивности на зеркалах делителя МИП для КСТ-3

Выводы по главе

Заключение

Обозначения и сокращения

Список литературы

Приложение 1. Акты использования

Приложение 2. Тексты публикаций

Реферат

Общая характеристика диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка зеркального модуля интегрального поля для астрономических спектрометров»

Актуальность темы

В настоящее время в мире активно ведется исследование возможности построения солнечного инструментария с высоким пространственным, спектральным и временным разрешением [1-8].

Для синтеза прибора с высокой информационной ёмкостью в астрономической оптике используется метод спектроскопии интегрального поля (СИП, от англ. «integral field spectroscopy») [11-13]. Данный метод позволяет достичь высоких значений пространственного, спектрального и временного разрешения за счет оптического деления поля на части: в фокальной плоскости оптической системы телескопа устанавливается уникальный элемент, получивший название «делитель поля», который организует разбиение изображения на субполя.

Метод спектроскопии интегрального поля был предложен сравнительно недавно: исследования на тему СИП велись небольшими группами ученых, начиная с 1980-х годов [12]. Изначально изучение возможности достижения высокого пространственного разрешения за счет оптического деления поля на части воспринималось с сомнением, однако в 1990-х были получены первые практические результаты, что спровоцировало интерес научной общественности в области астрономической оптики к данному методу. До недавнего времени для деления поля применялись массивы микролинз [14-21] или оптическое волокно [22-37] (как правило, совместно с массивом микролинз).

Применение этих элементов делало возможным исследование небесных тел с высокой степенью точности, однако, обладало рядом недостатков (таких, как ухудшение инварианта, необходимость введения дополнительных элементов, перекрывание спектров, деполяризационная природа оптического волокна и т. д.). Ко всему прочему, очевидно, использование в оптической системе массива

микролинз или оптического волокна накладывает существенные ограничения на изучение широкого спектрального диапазона: очень малое количество преломляющих оптических материалов способно одинаково эффективно работать в широкой спектральной зоне. Ввиду вышеперечисленных причин внимание ученых привлекли зеркальные системы [40-55], также способные оптически делить изображение, но обладающие меньшим количеством недостатков и, главным образом, способные отражать излучение широкого спектрального диапазона.

В мире активно ведется разработка нового и модернизация существующего астрономического инструментария, включающего модули интегрального поля [5672]. Достоинства данной техники перед классической спектроскопией (увеличение информационной емкости, минимизация влияния атмосферной турбулентности, снижение требований точности наведения на объект, уменьшение времени использования телескопа одним оператором в несколько раз и др.) обосновывают актуальность разработки таких систем.

Целью диссертационной работы является разработка методики синтеза оптической системы модуля интегрального поля для астрономических спектрометров.

Для достижения данной цели в рамках диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

Задача 1 - анализ существующих принципиальных схем модулей интегрального поля и методик их построения.

Задача 2 - разработка методики синтеза зеркального модуля интегрального поля с согласованием выходных параметров оптической системы телескопа и входных данных спектрального блока.

Задача 3 - разработка алгоритма расчета блока объединения субполей в единую щель на основе системы плоских зеркал.

Задача 4 - разработка алгоритма расчета дифракционного пятна рассеяния с учетом влияния размера полевых диафрагм в плоскости зеркал делителя.

Методы исследования.

В диссертации использованы аналитические и численные методы оптики; методы синтеза и оптимизации оптических систем; методы матричной оптики; методы фурье-оптики.

Компьютерное моделирование выполнено с использованием ПО MATLAB. Моделирование и исследование характеристик качества оптических систем выполнено в среде разработки Zemax / Optic Studio.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модуль интегрального поля, рассчитанный по разработанной методике, включающей последовательное определение параметров оптических элементов делителя поля, параметров блоков увеличения и блоков объединения субполей, позволяет увеличить информационную ёмкость астрономического спектрометра кратно количеству субполей N.

2. Разработанный алгоритм расчета параметров блока объединения субполей, заключающийся в определении радиус-векторов линейных координат и направляющих косинусов главных лучей световых субканалов и последующем вычислении угла поворота компенсационного зеркала, позволяет достичь сонаправленности главных лучей субканалов при увеличении эффективной площади щели спектрального блока до 2 раз.

3. Эффективное количество субполей N в модуле интегрального поля при соблюдении условия нормальной щели на спектральном блоке ограничено размером дифракционного пятна рассеяния, рассчитываемого по разработанному алгоритму, учитывающему как влияние апертурной диафрагмы блока увеличения, так и полевой диафрагмы зеркала делителя.

Научная новизна диссертации отражена в следующих пунктах:

Научная новизна 1 - установлено влияние полевых диафрагм делителя на уширение дифракционных пятен рассеяния в модулях интегрального поля и предложен алгоритм их численного расчета.

Научная новизна 2 - выведена зависимость величины компенсирующего угла при различных положениях плоских зеркал в блоке объединения субполей для согласования главных лучей световых субканалов.

Научная новизна 3 - показана принципиальная возможность синтеза зеркального модуля интегрального поля, работающего в широком спектральном диапазоне 0.39-1.60 мкм и оптически преобразующего поле прямоугольной формы размером 1,1 мм х 2,2 мм (6'' х 12'') в длинную щель размером 0,034 мм х 160 мм (0,18'' х 14.5').

Теоретическая и практическая значимость результатов диссертационной' работы

1. По разработанной методике рассчитана оптическая система модуля интегрального поля для солнечного телескопа-коронографа КСТ-3.

2. По разработанному алгоритму численного расчета определен размер пятна рассеяния в фокальной плоскости модуля интегрального поля для различных длин волн при заданных значениях полевой диафрагмы.

3. По разработанному алгоритму рассчитано значение компенсирующего поворота плоского зеркала для коррекции положения изображения субполя.

Достоверность

Разработанные метод и алгоритмы базируются на законах геометрической оптики, волновой оптики и методах оценки качества изображения оптических систем. Достоверность полученных результатов также подтверждается результатами компьютерного моделирования в пакете программ Zemax / Optic Studio.

Внедрение результатов работы

Отдельные результаты работы использованы в НИР 218873 "Разработка технических предложений по созданию фокальных инструментов на КСТ-3" (25.12.2018-30.12.2019), а также в НИР 922018 "Фокальные инструменты Крупного Солнечного Телескопа-коронографа" (01.01.2022-30.06.2022).

Отдельные блоки работы использованы в рамках разработки объектива канала широкого поля (объектив ШП) для телескопа «Цейсс-600» «СОН «Архыз» на предприятии ООО «ОПТО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ».

Апробация результатов работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях: «XLVIII научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО», г. Санкт-Петербург, 2019; «VIII Конгресс молодых ученых», г. Санкт-Петербург, 2019; «XLIX научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО», г. Санкт-Петербург, 2020; «IX Конгресс молодых ученых», г. Санкт-Петербург, 2020; «ITMO OPEN SCIENCE», г. Санкт-Петербург, 2020; «SPIE Photonics Europe», online, 2020; «SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation», online, 2020; «L научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО», г. Санкт-Петербург, 2021; «ГрафиКон 2020 ИТМО», г. Санкт-Петербург, 2021; «X Конгресс молодых ученых», г. Санкт-Петербург, 2021; «SPIE Optical Systems Design», online, 2021; «LII научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО», г. Санкт-Петербург, 2023; «XII Конгресс молодых ученых», г. Санкт-Петербург, 2023.

Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложены в 6 научных публикациях, из них 4 публикации в изданиях, индексируемых Scopus, 1 публикация в журнале из перечня ВАК, 1 - в иных изданиях.

Личный вклад автора

Представленные в диссертации результаты получены автором лично или при непосредственном участии автора.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертационной работы составляет 208 страниц и содержит 69 рисунков и 15 таблиц. Нумерация рисунков и формул выполнена по главам. Список литературы включает в себя 106 источников. Нумерация используемых литературных источников сквозная по всему тексту.

Основное содержание диссертации

Во введении сформулированы цели и задачи, обоснована актуальность исследования, проводимого в рамках диссертационной работы, сформулирована научная новизна и теоретическая и практическая значимость представленной работы, а также представлены положения, выносимые на защиту.

В первой главе дано описание метода спектроскопии интегрального поля и обсуждается ее отличие от классической спектроскопии, предложена принципиальная схема. Приведена классификация по элементной базе модулей интегрального поля и литературный обзор аналогов. В первых трех разделах представлено описание элементов, используемых для деления поля (микролинзы, оптическое волокно и плоские зеркала), проанализированы их достоинства и недостатки при использовании в различных случаях. Рассмотрены ранее разработанные модули интегрального поля астрономических спектрометров в соответствии с указанной классификацией. В четвертом разделе представлен обзор сканирующих систем, на основе которых можно спроектировать блоки объединения субполей.

Во второй главе в первом разделе предложена методика синтеза зеркального модуля интегрального поля.

Шаг 1 — Определение входных и выходных данных. Световой поток на входе в МИП описывается задней числовой апертурой оптической системы телескопа Л'т = n • sin а'Т (рисунок 1), его рабочим полем прямоугольной формы 2х' X 2у', а также спектральным диапазоном ДА. Выходные параметры светового потока — это передняя числовая апертура спектрального блока Ас = n • sin аС и размеры щели (ширина Ьи длина с). Все вышеуказанные параметры являются входными данными для габаритного расчета.

АД телескопа

1мип

Рисунок 1 — Принципиальная схема модуля интегрального поля: 1 — коллимационный компонент МИП, 2 — фокусирующий компонент МИП

Шаг 2 — Определение структуры деления и количества ступеней. Далее рассчитывается минимальное количество ММИП субполей и, соответственно, зеркал делителя, необходимых для деления и преобразования поля 2х' X 2у' в щель шириной Ь. Здесь же определяется количество ступеней, на которые нужно разбить модуль интегрального поля (рисунок 2).

2х'/

' I

Ь

2 У/

^МИП —

1 ' /Ь Ымип — N^N2

Шаг 3 — Расчет блока увеличения. С учетом технологических и конструктивных ограничений возможно ввести в МИП блок увеличения. Необходимый согласующий масштаб будет ограничиваться габаритами, исходя из следующих известных соотношений (рисунок 1):

'—-к

^МИП — 2/ 1 + 2/ 2

Шаг 4 — Аберрационный расчет. Если все ограничения были учтены, то можно приступить к аберрационному расчету оптической системы.

Шаг 5 — Расчет блока сведения субполей. Для оптимального преобразования поля прямоугольной формы в длинную щель производится расчет блока объединения субполей, находящегося в составе модуля интегрального поля по алгоритму, разработанному на основе матричного расчета хода действительного луча через оптическую систему.

Шаг 6 — Оценка качества изображения. Завершающим шагом синтеза будет оценка качества изображения, включающая учет влияния размера зеркала делителя.

В результате синтеза определяется: минимальное количество делений, на которое нужно разбить входное поле; масштаб системы увеличения (при необходимости ее введения в оптический тракт); а также количество ступеней (рисунок 2), на которые нужно поделить оптическую систему МИП. Косвенными результатами габаритного расчета также являются размер зеркала делителя МИП и габариты полученной системы.

Пепдо.я стипень Вторая стипень

Рисунок 2 — Принципиальная схема МИП с двумя ступенями

В качестве примера применения данной методики во втором разделе данной главы представлен габаритный расчет модуля интегрального поля для телескопа-коронографа КСТ-3. Для достижения предела пространственного разрешения 0.1'' необходимо использовать двухступенчатую схему МИП. Также перед МИП будет находиться блок увеличения 2х. Все подсистемы МИП построены на параболических зеркалах, а для деления изображения используются плоские зеркала малой ширины, имеющие различный наклон.

На этапе увеличения происходит следующее: из всего поля оптической системы телескопа «вырезается» прямоугольное изображение размером 1,2 мм х 2,3 мм (6'' х 12'') и увеличивает его до 2,4 мм х 4,6 мм (12'' х 24''). Входная апертура 0.0375 на данном этапе также преобразуется в 0.01875. Блок увеличения перед МИП показан на рисунке 3. Дополнительно вводится плоское зеркало 3 для вывода светового потока в нужном направлении.

1

Рисунок 3 — Блок увеличения 2 х перед МИП: 1 — задняя фокальная плоскость ОС телескопа КСТ-3, 2 — параболическое зеркало (/" = 100 мм), 3 — плоское зеркало, 4 — параболическое зеркало (/ = 200 мм), 5 — плоскость

промежуточного изображения

После блока увеличения 2 х МИП первой ступени, показанный на рисунке 4, разделяет поступившее на вход изображение на на 8 субполей по 0,3 мм х 4,6 мм (1,5'' х 24''). Одновременно с делением изображения происходит также его увеличение в 6х. Итоговое поле будет составлять 1,75 мм х 27,93 мм (9'' х 144''), а апертура уменьшится до 0.003125.

Рисунок 4 — МИП первой ступени (показано 4 канала из 8-ми): 1 — делитель поля (задняя фокальная плоскость системы увеличения), 2 — параболическое зеркало (/= 75 мм), 3-4 — блок объединения субполей, 5 — параболическое зеркало (/= 450 мм), 6 — плоскость промежуточного

изображения

Вторая ступень (рисунок 5) осуществляет деление поля аналогично. Однако, после деления субполя еще на 8 частей размером 0,22 мм х 27,93 мм (1,13'' х 144'') МИП дополнительно реорганизует их расположение. Также на второй ступени осуществляется уменьшение в 6х. Таким образом, размер итоговой полезной щели, подаваемой на вход спектрального блока, составит 0,036 мм х 37,23 мм (0,18'' х 192''). Апертура составит 0.01875.

6 _ _ 5

—

Рисунок 5 — МИП второй ступени (показано 4 канала из 8-ми): 1 — делитель поля (задняя фокальная плоскость МИП первой ступени), 2 — параболическое зеркало (/= 450 мм), 3-4 — блок объединения субполей, 5 — параболическое зеркало {[ = 75 мм), 6 — изображение щели (массив изображений)

С учетом блока увеличения, находящегося между оптической системой телескопа и МИП, полученная ширина щели составит 0,09'' в пространстве предметов системы, предшествующей МИП.

На рисунке 6 показаны пятна рассеяния всех 8-ми каналов МИП КСТ-3. Ввиду того, что расчетный диаметр диска Эйри превышает размер полученного пятна рассеяния, качество изображения схемного решения МИП КСТ-3 можно считать близким к дифракционному. Рисунок 7 показывает графики кривизны поля (а) и дисторсии (б) МИП.

Рисунок 6 — Пятна рассеяния в фокальной плоскости МИП КСТ-3 (представлено 8 каналов из 8-ми)

Рисунок 7 — Кривизна поля (а) и дисторсия (б) схемного решения МИП

КСТ-3

В третьей главе рассматривается преобразование поля прямоугольной формы в длинную непрерывную щель и блок объединения субполей. Преобразование изображения должно происходить в двух плоскостях: в горизонтальной и вертикальной. Показано, что для реорганизации прямоугольного изображения в узкую длинную щель можно использовать систему двух плоских зеркал (рисунок

8). За счет наклонов данных зеркал возможно сместить часть изображения по горизонтали и вертикали.

Рисунок 8 - Система из двух плоских зеркал, служащая для преобразования прямоугольного изображения в щель

Использование оптической системы двух плоских зеркал позволяет решить задачу преобразования изображения, но появляются погрешности второго порядка малости при поворотах зеркал, и вместо прямых линий при смещении получаются «дуги». Повороты плоских зеркал вокруг двух и более осей приводят к смещению координат изображения, и в ее плоскости образуется «дуга».

Для поиска зависимости смещения координат изображения от наклонов зеркал вокруг двух и более осей была построена математическая модель данной системы. Расчеты велись с использованием матричного аппарата.

Показана зависимость координаты у от направляющих косинусов и координат положения луча. Эта зависимость выводится из уравнения действительного луча:

/г + х — 2' — хЛ

У = У + У

7 + Х

где х, у, 2 - линейные координаты луча, X, У, Z - его направляющие косинусы.

Математически и экспериментально было доказано наличие отклонение координаты изображения в случае поворота зеркала вокруг двух осей. Данная погрешность критична при использовании модулей интегрального поля, поскольку ширина формируемой щели может принимать значения порядка 20 мкм в особо точных астрономических приборах. Для устранения данной ошибки необходим дополнительный поворот зеркала вокруг третьей оси, способный компенсировать отклонение.

Таким образом, на базе методов матричной оптики был разработан алгоритм расчета блока объединения субполей, позволяющий минимизировать погрешность смещения субполей от каждого зеркала делителя (рисунок 9). Данный алгоритм освещен в третьем разделе.

Ввод начального направления луча и углов поворотов зеркал

Преобразование системы координат

Отражение луча от плоского зеркала

Рисунок 9 - Алгоритм расчета блока объединения субполей

В качестве примера использования разработанного алгоритма в четвертом разделе представлен расчет компенсирующего поворота зеркала МИП КСТ-3. Приведены результаты сравнения преобразования изображения без компенсирующего поворота и с ним (рисунок 10). При использовании представленного алгоритма погрешность не превышает 10-14 мм. Однако,

конечное положение точки в системе с компенсацией будет отличаться от положения точки в системе без компенсации. Разница между двумя этими значениями кубически возрастает с увеличением угла поворота зеркала.

Рисунок 10 - Положение осевой точки изображения при сканировании: кривая 1 - без компенсирующего поворота, кривая 2 - с компенсирующим

поворотом вокруг третьей оси

В четвертой главе исследуется влияние полевой диафрагмы на качество изображения, формируемого системой модуля интегрального поля. На рисунке 11 показана принципиальная схема модуля интегрального поля. Параксиальные линзы представляют собой параболические зеркала, а разделение изображения осуществляется в плоскости полевой диафрагмы ПД. При формировании изображения первой частью системы (до ПД), разрешение ограничивается апертурной диафрагмой АД1, и в плоскости ПД образуется кружок Эйри. Вторая часть системы работала бы так же, если бы не расположенные там зеркала делителя. В этой плоскости изображение в одном направлении - широкое, а в перпендикулярном направлении соизмеримо с кружком Эйри. Получается, что

изображение, формируемое первой частью системы в плоскости ПД, является когерентным для второй части системы, что необходимо учитывать при расчете системы модуля интегрального поля, правильно определяя зрачковую функцию в апертурной диафрагме АД2.

АД1 АД2

Рисунок 11 - Принципиальная схема МИП: АД1, АД2 - апертурные диафрагмы, ПД - полевая диафрагма

Для анализа влияния размера полевой диафрагмы на дифракционное пятно МИП разработан трехэтапный алгоритм расчета дифракционного пятна рассеяния.

Этап 1. В качестве зрачковой функции ^(рх,ру) выбирается АД1. Предметом на данном этапе будет являться точка, поскольку

получаемым результатом является распределение интенсивности в кружке Эйри. Его вычисление выполняется в условиях некогерентного освещения.

Этап 2. В качестве зрачковой функции Ъ(рх,ру) выбирается ПД, а АД1 на данном этапе будет служить предметом Т2(^х,^у) . Вычисление изображения осуществляется по аналогичному алгоритму, представленному на предыдущем этапе. Таким образом, результатом вычисления становится картина распределения интенсивности в АД2 1'2(у'х, л'у).

Этап 3. Здесь вычисление изображения выполняется в условиях когерентного освещения. Функцией предмета на данном этапе будет являться пятно рассеяния

, полученное на этапе 1, а зрачковой функцией - распределение интенсивности в плоскости АД2 ^2(л'х, л'у), полученное на этапе 2.

Приведен анализ пятен рассеяния в фокальной плоскости МИП КСТ-3, спектральный диапазон которого 0.39-1.60 мкм. Данные демонстрируют, что до длины волны 1 мкм существенного расхождения в положении первого минимума пятна рассеяния нет, однако на полувысоте интенсивности размеры кружка в перпендикулярных плоскостях отличаются. В спектральном диапазоне 1.0-1.6 мкм дифракционные эффекты влияют также и на положение первого минимума в этих плоскостях. На рисунке 12 представлен пример вычисления разработанным алгоритмом пятна рассеяния в фокальной плоскости МИП для КСТ-3 для длины волны 0.7 мкм.

Рисунок 12 - Пятно рассеяния в фокальной плоскости МИП для X = 0.70 мкм

На рисунках 13-14 приведены сравнительные графики параметров пятен рассеяния с полностью открытой ПД и экранированной маской прямоугольной формы соответственно. Из показанных данных можно сделать следующие выводы: на значение радиуса, определяемого по первому темному кольцу пятна (рисунок 8), экранирование влияет слабо на коротких длинах волн (до 1 мкм в случае КСТ-3), далее наблюдается существенное падение уровня интенсивности по одной из сторон. На полувысоте же интенсивности размеры пятна в различных условиях отличаются гораздо больше. Как можно видеть из рисунка 9, это значение в плоскости, перпендикулярной длинной стороне щели, значительно растет, а в другой, напротив, - падает. Данные изменения диктуют необходимость согласования ширины зеркала делителя и дифракционного пятна рассеяния МИП.

а 39 0,55 0,70 1,00 1,30 1,60

Длима волны,мкм

Без экранирования, освещение когерентное Без экранирования, освещение некогерентное

■ С экранированием, ось X ■ С экранированием, ось ¥

Рисунок 13 - Радиусы пятен рассеяния в фокальной плоскости МИП для КСТ-3, определяемые по первому темному кольцу

0,39 0,55 0,70 1,00 1,30 1,60

Дли на волны, мкм

* Без экранирования, освещение когерентное ■ Без экранирования, освещение некогерентное

• С эк рани ров а ни ей, ось X • С экранированием, ось Y

Рисунок 14 - Радиусы пятен рассеяния в фокальной плоскости МИП для КСТ-3, определяемые на полувысоте интенсивности.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы:

1. Представлена классификация деления поля в МИП по элементной базе: оптическое волокно, микролинзы и плоские зеркала малой ширины. Выполнен сравнительный анализ принципиальных схем разработанных модулей интегрального поля и методик их построения.

2. Разработан метод синтеза зеркального модуля интегрального поля. Суть метода заключается в том, чтобы посредством итеративного подхода согласовать параметры оптической системы телескопа и спектрального блока и найти первичные параметры МИП. В качестве примера применения разработанной методики представлен габаритный расчет МИП Солнечного телескопа-коронографа КСТ-3, а также схемные решения, смоделированные в ПО Zemax / Optic Studio.

3. Разработан алгоритм расчета блока объединения субполей в составе оптической системы МИП для наиболее эффективного преобразования прямоугольного поля в длинную щель. Использование разработанного алгоритма позволяет уменьшить погрешность смещения до ~10-14мм (расчетное значение), что показывает пример использования разработанного алгоритма для Солнечного телескопа-коронографа КСТ-3. Погрешность такого порядка малости не будет играть значительной роли в построении изображения щели модулем интегрального поля.

4. Исследовано влияние полевой диафрагмы на качество изображения в МИП. Разработан алгоритм расчета дифракционного пятна рассеяния с учетом влияния размера полевой диафрагмы, составленный с помощью методов фурье-оптики. Рассчитан размер пятна рассеяния в фокальной плоскости МИП. Полученные данные, рассчитанные по разработанному алгоритму на примере МИП КСТ-3, демонстрируют качественное изменение (преобразование формы пятна из круглой в эллиптическую) и количественное (увеличение его размера).

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ - из перечня Web of Science, Scopus:

1. Mania Orekhova, Alexey Bakholdin, Stepan Ivanov, and Anna Voznesenskaya "Design of an integral field unit for a solar telescope", Proc. SPIE 11447, Ground-based and Airborne Instrumentation for Astronomy VIII, 11447AF (13 December 2020)

2. Mariia Orekhova, Alexey Bakholdin, and Anna Voznesenskaya "Design of an integral field unit for a solar telescope", Proc. SPIE 11353, Optics, Photonics and Digital Technologies for Imaging Applications VI, 113531L (1 April 2020)

3. Орехова М.К., Бахолдин А.В. An Integral Field Unit Based on Parabolic Mirror // CEUR Workshop Proceedings - 2021, Vol. 2, pp. short48-1 — short48-7

4. Orekhova M.K., Bakholdin A.V. Image reorganization in an integral field unit using the two-mirror optical system // Proceedings of SPIE - 2021, Vol. 11871, pp. 118710D

- из перечня, рекомендованного ВАК РФ:

1. Орехова М. К., Бахолдин А. В. Методика габаритного расчета зеркального модуля интегрального поля // Изв. вузов. Приборостроение. 2023. Т. 66, № 8. С. 680—687. DOI: 10.17586/0021-3454-2023-66-8-680-687

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Орехова Мария Кирилловна, 2023 год

Литература

[1] Демидов М.Л., Григорьев В.М., Чупраков С.А., Колобов Д.Ю., Скоморовский В.И., Ковадло П.Г., Пуляев В.А., Проект национального российского крупного солнечного телескопа с диаметром зеркала 3 м. // X РОССИЙСКО-МОНГОЛЬСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ "СОЛНЕЧНО-ЗЕМНАЯ ФИЗИКА И СЕЙСМОГЕОДИНАМИКА БАЙКАЛО-МОНГОЛЬСКОГО РЕГИОНА" (Монголия, 29 сентября-04 октября 2014 г.). - 2015. - С. 5567.

[2] Колобов Д.Ю., Григорьев В.М., Демидов М.Л., Чупраков С.А., Скоморовский В.И., Ковадло П.Г., Пуляев В.А., Национальный проект крупного солнечного телескопа: задачи и перспективы. // МЕЖДУНАРОДНАЯ БАЙКАЛЬСКАЯ МОЛОДЕЖНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА ПО ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКЕ И XIV КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОЛЕЙ И ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ» (Иркутск, 1418 сентября 2015 г.). -2015. - С.3-4.

[3] Optical 3D-Spectroscopy for Astronomy. / Roland Bacon, Guy Monnet. - John Wiley & Sons. : 2017.-296 pp.

[4] 3D Spectroscopy in Astronomy. Canary Islands Winter School of Astrophysics (Том 17). / Evencio Mediavilla, Santiago Arribas, Martin Roth, Jordi Cepa-Nogué, Francisco Sánchez. -Cambridge University Press. : 2010. - 271 pp.

[5] Calcines, A.; López, R. L.; Collados, M., "MuSICa: the Multi-Slit Image Slicer for the EST Spectrograph", Journal of Astronomical Instrumentation, 2, 1350009, (2013).

[6] Ariadna Calcines, Manuel Collados, and Roberto L. López "Feasibility study of highresolution integral-field spectrographs for EST with multislit and multi-wavelength capabilities", Proc. SPIE 7735, Ground-based and Airborne Instrumentation for Astronomy III, 7735IX (15 July 2010); doi: 10.1117/12.856725.

[7] A. Calcines, R. L. López, M. Collados, and N. Vega Reyes "MuSICa image slicer prototype at 1.5-m GREGOR solar telescope", Proc. SPIE 9147, Ground-based and Airborne Instrumentation for Astronomy V, 914731 (8 July 2014); doi: 10.1117/12.2053577.

[8] Francois Henault, Roland Bacon, Robert Content, Blandine Lantz, Florence Laurent, Jean-Pierre Lemonnier, and Simon L. Morris "Slicing the universe at affordable cost: the quest for the MUSE image slicer", Proc. SPIE 5249, Optical Design and Engineering, (18 February 2004); doi: 10.1117/12.512397.

[9] Florence Laurent, Edgard Renault, Roland Bacon, Jean-Pierre Dubois, François Hénault, and Daniel Robert "Optical design, manufacturing, and tests of the MUSE image slicer", Proc. SPIE 5965, Optical Fabrication, Testing, and Metrology II, 59650J (19 October 2005); doi: 10.1117/12.624836

[10] Florence Laurent, Louisa Adjali, James Arns "MUSE Integral Field Unit: Test results on the first out of 24", Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 7739 (July 2010); DOI: 10.1117/12.857004.

[11] Florence Laurent, Edgard Renault, Heiko Anwand, Didier Boudon, Patrick Caillier, Johan Kosmalski, Magali Loupias, Harald Nicklas, Walter Seifert, Yves Salaun, and Wenli Xu "MUSE field splitter unit: fan-shaped separator for 24 integral field units", Proc. SPIE 9151, Advances in Optical and Mechanical Technologies for Telescopes and Instrumentation, 91511U (7 August 2014); doi: 10.1117/12.2057088.

[12] Bonneville, Christophe; Cagnat, Jean-François; Laurent, Florence; Prieto, Eric; Ancourt, Gérard, "Image slicer manufacturing: from space application to mass production", Optical Fabrication, Metrology, and Material Advancements for Telescopes, Edited by E. Atad-Ettedgui and P. Dierickx. Proceedings of the SPIE, Volume 5494, pp. 188-195 (2004); doi: 10.1117/12.552573.

[13] Stephen S. Eikenberry, Richard Elston, Rafael Guzman, Jeff Julian, S. Nicholas Raines, Nicolas Gruel, Glenn Boreman, Paul E. Glenn, C. Gregory Hull-Allen, Jeff Hoffman, Michael Rodgers, Kevin Thompson, Scott Flint, Lovell Comstock, and Bruce Myrick "FISICA: the Florida image slicer for infrared cosmology and astrophysics", Proc. SPIE 5492, Ground-based Instrumentation for Astronomy, (30 September 2004); doi: 10.1117/12.549150.

[14] Paul E. Glenn, C. Gregory Hull-Allen, Jeff Hoffman, Michael Rodgers, Kevin Thompson, Bruce Myrick, Lovell Comstock, Scott Flint, Glenn Boreman, Stephen S. Eikenberry, Richard Elston, Rafael Guzman, Jeff Julian, and S. Nicholas Raines "Design, fabrication, assembly, and testing of the Florida image slicer for infrared cosmology and astrophysics (FISICA) integral field unit", Proc. SPIE 5492, Ground-based Instrumentation for Astronomy, (30 September 2004); doi: 10.1117/12.551661.