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天文光學和彈性理論--主動光學方法(精)

  • 作者：(法)熱拉爾·R.勒邁特|責編:錢俊//陳艷峰|譯者:姚正秋//左恆
  • 出版社：科學
  • ISBN：9787030747228
  • 出版日期：2023/03/01
  • 裝幀：精裝
  • 頁數：533
人民幣：RMB 348 元      售價：元
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內容大鋼
    本書是一本論述現代光學和主動光學理論的基礎性讀物。作者在本書中詳盡地敘述了有關天文光學（特別是近代主動光學）的基礎理論，並就主動光學技術在天文望遠鏡實際鏡面加工和實際觀測中的應用進行了詳盡的描述。本書內容覆蓋了天文光學系統和彈性力學相結合的問題，同時也對主動光學的理論和應用進行了論述，對這個領域已知的和最新的內容進行了非常深入和全面的描述，對國內外採用主動光學方法的大型天文望遠鏡系統進行了系統性梳理和介紹。
    本書對在大學、天文台和研究所從事天文光學、光學工程，特別是對天文望遠鏡研製的研究者和工程師們有重要參考價值和幫助作用，本書也可以作為相關專業博士研究生的閱讀材料。
作者介紹
(法)熱拉爾·R.勒邁特|責編:錢俊//陳艷峰|譯者:姚正秋//左恆
    熱拉爾·R.勒邁特（Gerard R.Lemaitre），出生於法國，是一位傑出的天文學家，1967年在法國國立高等工程技術學校獲得工程學學位，主要從事天文光學研究。1974年，他在普羅旺斯大學獲得物理學博士學位，論文題目是《天文光學與彈性力學》。     他的研究主要集中在光學設計和彈性力學理論上，通過使用最少的光學表面來提高望遠鏡和光譜儀的性能。主要包括天文儀器中一些難以精確測量的非球面。伯恩哈德·施密特（Bernhard Schmidt）認為可以通過使鏡面發生彈性形變而產生非球面面形。Lemaitre闡述了主動光學以及這種方法的一系列相關理論條件。他將主動光學這種方法拓展到各種已知的非球面情況，也發展到用於新儀器設計的各種其他情況。他在幾個國家擁有八項專利。     Lemaitre是許多光學設計委員會的國際成員，如中國科學院的巨型施密特望遠鏡郭守敬望遠鏡（LAMOST）項目，歐洲南方天文台的42m望遠鏡項目（E-ELT）等。他被法國科學院授予安德烈·拉勒曼德大獎。
目錄
中文版序
Foreword for Chinese Version
譯者序
原書序
原書前言
本書符號表
第1章  光學和彈性理論的介紹
  1.1  光學和望遠鏡————歷史介紹
    1.1.1  希臘數學家和圓錐曲線論
    1.1.2  波斯數學家和鏡子
    1.1.3  歐洲文藝復興的結束和望遠鏡的誕生
    1.1.4  折射望遠鏡
    1.1.5  反射望遠鏡
  1.2  斯涅爾（Snell）定律和玻璃的色散
  1.3  費馬原理
  1.4  高斯光學和共軛距離
    1.4.1  屈光面曲率c＝1/R
    1.4.2  折射率為n的介質中的反射鏡
    1.4.3  組合系統的光焦度
    1.4.4  空氣或真空中的透鏡
    1.4.5  無焦系統
    1.4.6  光瞳和主光線
    1.4.7  口徑比或焦比
  1.5  拉格朗日不變數
  1.6  集光率不變數和拉格朗日不變數
    1.6.1  拉格朗日不變數
    1.6.2  集光率不變數
    1.6.3  集光率和拉格朗日不變數等價
  1.7  光學表面的解析表示
    1.7.1  圓錐面
    1.7.2  球面
    1.7.3  非軸對稱表面和澤尼克多項式
  1.8  三級像差的賽德爾（Seidel）表示
    1.8.1  賽德爾理論
    1.8.2  賽德爾像差模式————彈性形變模式
    1.8.3  澤尼克rms多項式
  1.9  消球差，消球差消彗差和消像散
    1.9.1  消球差
    1.9.2  不暈和阿貝正弦條件
    1.9.3  消像散
  1.10  佩茨瓦爾場曲和畸變
    1.10.1  佩茨瓦爾場曲
    1.10.2  畸變
  1.11  衍射
    1.11.1  衍射理論
    1.11.2  圓孔衍射
    1.11.3  圓環衍射
    1.11.4  點擴散函數（PSF）和衍射像差
    1.11.5  衍射極限條件和波前公差
  1.12  一些成像儀器選擇

    1.12.1  人眼
    1.12.2  目鏡
    1.12.3  干涉儀
    1.12.4  日冕觀測儀
    1.12.5  偏光計
    1.12.6  狹縫攝譜儀
    1.12.7  無縫光譜儀
    1.12.8  具有狹縫或光纖的多目標光譜儀
    1.12.9  積分視場光譜儀
    1.12.10  背面反射鏡
    1.12.11  視場旋轉器
    1.12.12  光瞳旋轉器
    1.12.13  望遠鏡視場改正器
    1.12.14  大氣色散補償器
    1.12.15  自適應光學
  1.13  彈性理論
    1.13.1  歷史介紹
    1.13.2  各向同性材料的彈性常數
    1.13.3  位移矢量和應變張量
    1.13.4  應力-應變線性關係和應變能
    1.13.5  桿的均勻扭轉和應變分量
    1.13.6  Love-Kirchhoff假說和薄板理論
    1.13.7  薄板彎曲和可展面
    1.13.8  薄板彎曲和不可展表面
    1.13.9  等厚矩形平板的彎曲
    1.13.10  等厚圓形板的軸對稱彎曲
    1.13.11  圓板和各種軸對稱載荷
    1.13.12  重力場下的平面板的變形
    1.13.13  Saint-Venant′s原理
    1.13.14  計算模型及有限元分析
  1.14  主動光學
    1.14.1  球面拋光
    1.14.2  沒有紋波誤差的光學表面
    1.14.3  主動光學和時間相關控制
    1.14.4  主動光學的各個方面
  參考文獻
第2章  反射光學和彈性力學-可變曲率反射鏡（VCM）
  2.1  薄圓板和小變形理論
    2.1.1  等厚分佈板——CTD
    2.1.2  可變厚度分佈板-VTD-擺線形（Cycloid-Like Form）和鬱金香形（Tulip-Like Form）
    2.1.3  光學焦比變化
    2.1.4  屈曲失穩
  2.2  薄板和大變形理論——VTD
  2.3  梅森（Mersenne）無焦雙鏡望遠鏡
  2.4  縮束和擴束以及貓眼反射鏡——主動光學光瞳轉換
  2.5  用於干涉儀視場補償器的VCM
    2.5.1  傅里葉變換光譜儀
    2.5.2  恆星干涉儀和望遠鏡陣列
  2.6  VTD型可變曲率反射鏡的研製
    2.6.1  彈性變形和基底材料的選擇

    2.6.2  變焦範圍與厚度分佈的選擇
    2.6.3  邊界條件的實現
    2.6.4  VTD方案1的設計和結果——擺線形
    2.6.5  VTD方案2的設計和結果——鬱金香形
  2.7  塑性和遲滯
    2.7.1  應力-應變線性化與塑性補償
    2.7.2  遲滯補償和曲率控制
  參考文獻
第3章  主動光學和三級像差校正
  3.1  等厚分佈板的彈性理論——CTD類
  3.2  可變厚度分佈板的彈性理論——VTD類
  3.3  主動光學和三級球差
    3.3.1  CTD類板的方案（A1=A2=0）
    3.3.2  VTD板的方案
    3.3.3  混合方案
    3.3.4  曲率模式平衡
    3.3.5  應用實例
  3.4  主動光學與三級彗差
    3.4.1  CTD方案（A1=0）
    3.4.2  VTD類的方案
    3.4.3  混合方案
    3.4.4  傾斜模式平衡
    3.4.5  光瞳和凹面鏡系統的彗差
    3.4.6  主動光學彗差校正實例
  3.5  主動光學與三級像散
    3.5.1  CTD類中的方案（A2=0）
    3.5.2  VTD類中的方案
    3.5.3  混合方案
    3.5.4  曲率模式和圓柱變形之間的平衡
    3.5.5  鏡面成像中的弧矢和子午光線
    3.5.6  舉例——凹面鏡的非球面化
    3.5.7  凹面衍射光柵與鞍形校正
    3.5.8  舉例——單表面光譜儀的非球面化
    3.5.9  單表面光譜儀的高階非球面化
  參考文獻
第4章  施密特概念的望遠鏡和光譜儀的設計
  4.1  施密特概念
    4.1.1  雙反射鏡消像散望遠鏡類
    4.1.2  球面鏡曲率中心處的波前分析
    4.1.3  包含放大率M的波前方程
    4.1.4  改正板的光學設計——序言
    4.1.5  無窮遠物體——零光焦度區域位置
    4.1.6  不同改正元件的光學方程
    4.1.7  欠校正或過校正因子s
  4.2  折射改正板望遠鏡
    4.2.1  單塊改正板的軸外像差和色差
    4.2.2  雙膠合消色差改正板
    4.2.3  藍端用單塊改正板和紅端增加單中心濾光片的情況
  4.3  全反射望遠鏡
    4.3.1  離軸使用的共軸光學系統

    4.3.2  非共軸光學系統
    4.3.3  非共軸系統相對共軸系統的增益
    4.3.4  LAMOST：一個採用主動光學技術的巨型非共軸施密特望遠鏡
  4.4  使用非球面光柵的全反射光譜儀
    4.4.1  反射光柵光譜儀設計的比較
    4.4.2  衍射光柵方程
    4.4.3  軸對稱光柵（β0=0）
    4.4.4  雙軸對稱光柵（β0≠0）
    4.4.5  平場全反射式非球面光柵光譜儀
    4.4.6  全反射式非球面光柵光譜儀的實例
    4.4.7  無中心遮攔的全反射式光譜儀
    4.4.8  准全反射式光譜儀的優點
    4.4.9  衍射光柵和電磁理論模型
    4.4.10  光柵製造方法
    4.4.11  面向大尺寸的非球面光柵
    4.4.12  大型全反射式非球面光柵光譜儀
  參考文獻
第5章  應用主動光學技術研製施密特改正板和非球面衍射光柵
  5.1  不同類型的非球面施密特改正板
  5.2  折射式改正板
    5.2.1  折射式改正板的三階光學輪廓
    5.2.2  彈性圓形等厚板
    5.2.3  折射式校正器和球面成形方法
    5.2.4  折射式改正板及平面磨製成形方法
    5.2.5  玻璃破裂和載入時間的依賴性
  5.3  反射式改正板
    5.3.1  主鏡的光學面形
    5.3.2  k=3/2的軸對稱圓形鏡面——花瓶形
    5.3.3  k=3/2的雙對稱圓形鏡面——MDM
    5.3.4  k=0的雙對稱圓形鏡面——鬱金香形（Tulip Form）
    5.3.5  k=3/2的雙對稱橢圓鏡面——花瓶形-雙板
    5.3.6  LAMOST：一種拼接的雙對稱橢圓鏡面
  5.4  非球面反射衍射光柵
    5.4.1  光柵非球面的主動光學複製
    5.4.2  球面反射光柵的光學輪廓
    5.4.3  k=3/2的軸對稱光柵和內置子母板
    5.4.4  k=0的軸對稱光柵和圓形簡支的子母板
    5.4.5  k=3/2時的雙對稱光柵和橢圓內置子母板
    5.4.6  主動光學過程的結構複製條件
  參考文獻
第6章  殼理論與彎月鏡，花瓶形鏡和閉合軸對稱鏡面的非球面化
  6.1  快焦比鏡面的主動光學非球面化
  6.2  淺球面殼理論
    6.2.1  軸對稱載荷的平衡方程
    6.2.2  淺球面殼的一般方程
    6.2.3  Kelvin函數
    6.2.4  淺球面殼的彈性與應力函數
  6.3  可變厚度殼與連續性條件
    6.3.1  定厚度環元素的殼關係
    6.3.2  多種邊界條件與定厚度平板單元

    6.3.3  可變厚度殼中的一些參量
    6.3.4  殼單元環的連續性條件
  6.4  邊緣圓柱連接與邊界條件
    6.4.1  三種幾何配置與邊界
    6.4.2  彎月殼體的外邊緣圓柱
  6.5  可變厚度花瓶形殼的定義
    6.5.1  殼在z，r主坐標系下的撓度表徵
    6.5.2  厚度分佈的反問題
  6.6  望遠鏡鏡面的主動光學非球面化
    6.6.1  主動光學疊加定律
    6.6.2  凹面鏡的拋物面化
    6.6.3  帶中孔的拋物面凹鏡
    6.6.4  凹球面鏡的非球面化
    6.6.5  卡塞格林鏡（Cassegrain Mirrors）的非球面化
    6.6.6  幾種大視場望遠鏡設計的比較
    6.6.7  改進型Rumsey三反望遠鏡的鏡面
    6.6.8  大型改進型Rumsey望遠鏡的鏡面非球面化
  參考文獻
第7章  花瓶形和彎月形多模可變形鏡的主動光學
  7.1  Clebsch-Seidel變形模式的相關介紹
  7.2  花瓶形MDMs中的彈性力學
  7.3  彎月形MDM中的彈性力學
  7.4  退化構型和像散模態
    7.4.1  像散模態的特殊幾何結構
    7.4.2  單Astm3模態和退化彎月板結構
    7.4.3  單Astm3模態和退化花瓶形
  7.5  大型望遠鏡的彎月鏡結構拼接鏡面
    7.5.1  離軸拋物面子鏡
    7.5.2  二次曲面離軸拼接子鏡
    7.5.3  Keck望遠鏡的拼接鏡面
  7.6  反射Schmidt系統中的花瓶式和彎月鏡式MDMs
    7.6.1  圓形花瓶式主鏡的中心系統
    7.6.2  非共軸系統和圓花瓶型主鏡
    7.6.3  非共軸系統和橢圓花瓶式主鏡
    7.6.4  LAMOST的彎月形實時非球面拼接鏡面
  7.7  液態鏡面望遠鏡中的花瓶式MDMs
    7.7.1  LMTs的天頂觀測
    7.7.2  LMTs的視場畸變和四透鏡校正器
    7.7.3  用於非天頂觀測的採用MDM的LMT概念
  7.8  MDMs作為全息光柵刻劃補償器
    7.8.1  全息光柵校正像差
    7.8.2  HST的COS光柵設計
    7.8.3  用作刻劃補償器的六臂MDM的彈性力學設計
  7.9  退化構型和三角形模式
    7.9.1  三角形模式的特殊幾何形狀
    7.9.2  單一Tri3模式和退化的彎月鏡
    7.9.3  單個Tri3模式和退化的花瓶式
  7.10  單一模態和可變形外環帶
    7.10.1  高精度校正所需的外環帶設計
    7.10.2  軸向厚度漸變的環帶

    7.10.3  力作用於稜角梁的環
  7.11  未來巨型望遠鏡和拼接鏡面非球面化
    7.11.1  巨型望遠鏡概念的當前趨勢
    7.11.2  拼接子鏡的主動光學非球面化
  7.12  花瓶式和中間面
  7.13  花瓶的形狀和Saint-Venant原理
  參考文獻
第8章  望遠鏡鏡面在自重影響下撓度和形狀的控制
  8.1  在重力作用下的望遠鏡主鏡支撐
    8.1.1  引言
    8.1.2  軸向與側向支撐系統的概念
    8.1.3  一些主鏡形狀的舉例說明
  8.2  鏡面基底的密度與熱常數
  8.3  大型鏡片的基底材料
  8.4  剛度與彈性變形的判據
    8.4.1  鏡面材料與剛度判據
    8.4.2  鏡片材料與彈性變形判據
  8.5  大型反射鏡在重力作用下的軸向彎曲
    8.5.1  鏡面支撐墊的分佈密度
    8.5.2  由環形墊支撐鏡面單元的撓曲
    8.5.3  支撐墊分佈的密度判據——Couder定律
    8.5.4  其他軸向彎曲特性
    8.5.5  有限元分析
  8.6  大型鏡面在重力作用下的側向彎曲
    8.6.1  各種支撐力分佈
    8.6.2  側邊支撐的鏡面的彎曲
    8.6.3  其他力的分佈以及力斜面
    8.6.4  有限元分析
  8.7  主動光學與主動准直控制
    8.7.1  引言與定義
    8.7.2  單鏡面望遠鏡
    8.7.3  拼接鏡面望遠鏡
    8.7.4  未來極大望遠鏡的共相
  8.8  厚度變化較大的特殊鏡片
    8.8.1  引言-快擺鏡模式下的鏡面撓曲
    8.8.2  支撐在其中心的平板的最小重力彎沉
    8.8.3  穩像鏡和紅外擺鏡
    8.8.4  輕量擺鏡的設計
  參考文獻
第9章  單透鏡與薄板彈性理論
  9.1  單透鏡
    9.1.1  球面薄透鏡的像差
    9.1.2  具有笛卡兒卵球形面和球面的消球差透鏡
    9.1.3  齊明無像差單透鏡
    9.1.4  等暈單透鏡和遠瞳
    9.1.5  三級理論中的非球面透鏡
    9.1.6  雙透鏡系統的光焦度
  9.2  薄透鏡在均勻載荷作用下彈性彎曲
    9.2.1  薄板理論的平衡方程
    9.2.2  透鏡變形與拋物面厚度分佈

    9.2.3  撓度的多項式展開
    9.2.4  透鏡表面的最大應力
    9.2.5  具有特定厚度分佈的透鏡
    9.2.6  主動光學非球面化的結論
  9.3  帶單透鏡和校正板的光譜儀
  參考文獻
第10章  X射線望遠鏡和殼彈性理論
  10.1  X射線望遠鏡
    10.1.1  介紹三種Wolter設計形式
    10.1.2  基本的消球差型拋物面——雙曲面（PH）望遠鏡
    10.1.3  正弦條件和Wolter-Schwarzschild（WS）望遠鏡
    10.1.4  像差平衡的雙雙曲面（HH）望遠鏡
    10.1.5  像差平衡的雙橢球面（SS）望遠鏡
    10.1.6  現有的和未來的掠入射X射線望遠鏡
  10.2  軸對稱圓柱殼的彈性理論
    10.2.1  X射線反射鏡和超光滑判據
    10.2.2  薄軸對稱圓柱的彈性理論
    10.2.3  徑向厚度分佈和拋物面撓度
    10.2.4  徑向厚度分佈和4階撓度
    10.2.5  管狀圖像傳遞的厚度分佈
  10.3  弱錐形管狀殼體的彈性理論
    10.3.1  軸對稱殼的純拉伸撓曲情況
    10.3.2  截頭圓錐殼的幾何形狀和圓柱撓曲
    10.3.3  線性乘積定律——彎曲厚度關係
  10.4  X射線望遠鏡鏡面的主動光學非球面化
    10.4.1  單管狀鏡面的厚度分佈
    10.4.2  大型管式望遠鏡子鏡的邊界條件
    10.4.3  非球面化過程總結
  參考文獻
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