Chinese Optics, Volume. 16, Issue 6, 1384(2023)
Design of optical system for low-sensitivity space gravitational wave telescope
Fig. 3. Wavefront diagrams of different fields of view at the exit pupil
Fig. 7. Relationships between
Fig. 8. Relationships between
Table 1. Specifications of telescope system
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系统参数 技术指标 光学口径/mm 400 工作波长/nm 1064 捕获视场/μrad ±200 科学视场/μrad ±8 激光束放大倍数 80 波前质量（科学视场内） ≤λ/30（λ=1064 nm）
Table 2. Structural parameters of the proposed optical system
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结构参数 取值范围 取值 α2 （ $0,1 $ ）0.113924050 α3 （ $ 0,\infty $ ）0.060710194 α4 （ $0,\infty$ ）1.820512820 β2 （− $\infty,0$ ）−9.700000000 β3 （ $0,\infty$ ）1.471698113
Table 3. Lens parameters of optimized optical system
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曲率半径/mm 间隔/mm 圆锥系数 Y向偏心/mm 绕X轴倾斜/（°） 主镜 −1579.701 −700.0 −1.000 −270.0 0.00 次镜 −200.025 820.0 −1.503 −270.0 0.00 三镜 360.730 −250.0 0.000 −268.0 −2.80 四镜 301.309 240.1 0.000 −288.5 −1.32
Table 4. Wavefront errors at the exit pupil
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视场 /μrad RMS(λ = 1064 nm) PV(λ = 1064 nm) (0,0) 0.0063λ 0.0349λ (0,5.6) 0.0063λ 0.0351λ (0,8.0) 0.0063λ 0.0352λ (0,−5.6) 0.0063λ 0.0346λ (0,−8.0) 0.0063λ 0.0345λ (5.6,0) 0.0063λ 0.0349λ (8.0,0) 0.0063λ 0.0349λ
Table 5. Tolerance distribution
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类型 公差项 主镜 次镜 三镜 四镜 加工公差 曲率半径(mm) ±0.3 ±0.2 ±0.5 ±0.1 二次曲面系数 ±0.0001 ±0.0004 - - 面型误差（λ=1064 nm） ±λ/100 ±λ/100 ±λ/200 ±λ/200 装调误差 X向偏心(μm) - ±18 ±18 ±18 Y向偏心(μm) - ±18 ±18 ±18 Z向位移(μm) - ±20 ±20 ±20 绕X轴倾斜( ″) - ±10 ±10 ±10 绕Y轴倾斜( ″) - ±10 ±10 ±10 绕Z轴倾斜( ″) - ±10 ±10 ±10
Table 6. Cumulative probability of wavefront error of the proposed telescope structure
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累计概率 全视场波前误差变化（λ=1064 nm） 2% 0.00683λ 10% 0.01126λ 20% 0.01478λ 50% 0.02255λ 80% 0.03235λ 90% 0.03859λ 98% 0.04824λ
Table 7. Cumulative probability of wavefront error in existing telescope structures
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累计概率 全视场波前误差变化（λ=1064 nm） 2% 0.00807λ 10% 0.01278λ 20% 0.01727λ 50% 0.02773λ 80% 0.04124λ 90% 0.04642λ 98% 0.05660λ
Table 8. The 10 most sensitive tolerance terms in new telescope structure
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类型 反射镜面 数值 影响量 Y向偏心(μm) 次镜 18 0.03588128 Y向偏心(μm) 次镜 −18 0.03483910 X向偏心(μm) 次镜 18 0.03354102 X向偏心(μm) 次镜 −18 0.03354102 二次曲面系数 主镜 −0.0001 0.01435808 二次曲面系数 主镜 0.0001 0.01257815 绕X轴倾斜( ″) 次镜 10 0.00846399 绕Y轴倾斜( ″) 次镜 −10 0.00752685 绕Y轴倾斜( ″) 次镜 10 0.00752685 绕X轴倾斜( ″) 次镜 −10 0.00744224
Table 9. The 10 most sensitive tolerance terms in existing telescope structures
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类型 反射镜面 数值 影响量 Y向偏心(μm) 次镜 −18 0.04193880 X向偏心(μm) 次镜 18 0.03553085 X向偏心(μm) 次镜 −18 0.03553085 Y向偏心(μm) 次镜 18 0.03329243 二次曲面系数 主镜 0.0001 0.01654640 二次曲面系数 主镜 −0.0001 0.00907945 绕X轴倾斜( ″) 次镜 10 0.00695408 曲率半径(mm) 次镜 0.2 0.00588237 面型误差（λ=1064 nm） 主镜 −λ/100 0.00479811 二次曲面系数 次镜 −0.0004 0.00368115
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Miao YU, Jian-cong LI, Hong-an LIN, Yao-zhang HUANG, Jia-xiong LUO, Yan-xiong WU, Zhi WANG. Design of optical system for low-sensitivity space gravitational wave telescope[J]. Chinese Optics, 2023, 16(6): 1384
Category: Original Article
Received: Jan. 9, 2023
Accepted: Mar. 21, 2023
Published Online: Nov. 29, 2023
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