Real-Time Surface Measurement and Correction Technology for Next-Generation Submillimeter-Wave Telescopes

现有技术限制单口径亚毫米波望远镜口径小于15米，成为近40年未有突破的“瓶颈”问题，其根本原因是缺乏天线面形高精度实时测量与修正手段。本文主要综述所在团队在下一代亚毫米波望远镜面形实时测量与修正技术上已取得重要进展。相位自适应稳定系统(pass)，也称为亚毫米波自适应光学，在国际上被认为实现亚毫米波天线面形高精度实时测量与修正的一项全新技术。针对国际上pass面临“毫米波/亚毫米波长距离高稳定相位线传输”难题，我们提出了基于光纤稳时传输的pass这一具有原创性实现方案，建立了实验室和外场pass实验系统，采用飞秒级光纤稳时传输技术，实现了在外场温变条件下优于20微米的实时测量精度，将国际同类研究结果实时测量精度提升了1到2个数量级。实现面形高精度实时测量与修正闭环，也是 Pass 实用化过程既困难又必须解决的问题。pass 闭环系统困难在于集成面形实时测量子系统与面形实时修正子系统，实现光-机-电多模块多系统的高效耦合。我们通过多种计算机语言编程实现面形实时测量子系统与面形实时修正子系统的通信集成，建立了 Pass 闭环系统，在国际上率先实现了10微米级的天线面形实时测量与修正。在现役望远镜上实现pass原型系统，将是下一步更重要的目标。