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天文學、天體物理學是研究宇宙空間天體、宇宙結構和發展的科學，它跟所有自然科學一樣是一門實驗科學，望遠鏡就是最重要的實驗觀測設備之一。

華盛頓大學希望同時提高阿帕奇天文臺3.5米望遠鏡采用當前結構的雜散光性能，并且評價該望遠鏡與一個廣角相機聯合使用時的性能。建議的相機有一個矩形的FOV ，在3.5-m 望遠鏡上使用時，角度范圍是0.32°x0.80°。此后我們會將這個廣角相機稱作UWBC(UW Big Camera)。 這篇論文描述了理解當前望遠鏡結構本身雜散光，以及那些由于結合廣角相機造成的雜散光，的努力過程。

設計并部署世界上最大的天文望遠鏡 鏡面——超過哈勃望遠鏡的2.5倍

由于天文望遠鏡通常的鏡片尺寸較大，所以一般都是采用簡單低風險的金屬+介質反射膜。Al是紫外到紅外區都有比較高的材料，所以鋁膜最常見的一種作為主鏡的反射鏡。但由于單層鋁膜在反射率有限且在空氣中很容易氧化，常用的方法是在金屬膜層的表面加鍍〖"(HL)" 〗^S 膜堆。

Hubble望遠鏡的衍射傳輸場簡介Hubble 望遠鏡作為天文學研究的重要工具，其在衍射極限下的成像能力備受關注。衍射極限由光的波動性和光學系統的孔徑決定，是光學系統分辨率的理論極限。在本案例中，我們使用 OAS 光學軟件對 Hubble 望遠鏡的衍射傳輸場進行模擬分析。通過 OAS 軟件的光線追跡功能，能夠模擬光線在 Hubble 望遠鏡光學系統中的傳播路徑。

開普勒望遠鏡利用凸透鏡將遠處物體縮成實像，再經目鏡放大；伽利略望遠鏡則通過凹透鏡改善開普勒望遠鏡成像倒立的問題。卡塞格林望遠鏡結構示意圖（來自原文）然而，這兩種折射式望遠鏡均存在嚴重的色差問題，極大地影響了天文觀測精度。

應用場景 卡塞格林望望遠鏡廣泛應用于天文觀測，卡塞格林望遠鏡廣泛應用于天文觀測、空間成像和激光測距等領域，憑借其折疊光路設計，實現了長焦距與緊湊結構的結合，具有口徑大、像差校正能力強和易于安裝探測器等優點。

詹姆斯·韋布空間望遠鏡拍攝下兩個星系的碰撞，并見證了其他望遠鏡看不到的大范圍恒星形成。恒星誕生的浪潮是由兩個共同命名為IC 1623的星系相互碰撞引發的，NASA表示，這對合并的星系正以比我們銀河系快20倍的速度產生恒星。由于IC 1623被一層厚厚的宇宙塵埃包裹著，強如哈勃都無法深入觀察星系內部以看到正在形成的恒星，只有詹姆斯·韋布望遠鏡依靠其強大的紅外能力才能一窺究竟。

天體物理學科學和工程的一個挑戰是開發大型先進望遠鏡，其鏡面直徑從幾米到高達 40 米。例如，目前正在夏威夷 Mauna Kea 天文臺建造的30 米望遠鏡，由于采用了創新的自適應光學系統，光學性能將比哈勃太空望遠鏡好近十倍。另一個正在智利建造的巨型望遠鏡是歐洲超大型望遠鏡，長達 39 米，其中一個鏡子將包含 6000 多個形狀每秒可變形 1000 次的執行器，。

紅色是直射光 藍色是（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，次鏡擋板葉片，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，主擋板，擋風玻璃板，圓頂內部 為了清楚，圓頂壁和望遠鏡結構已經隱藏

TMT的30米口徑的集光面積是當前主流10米級大望遠鏡的十倍，空間分辨率則比哈勃空間望遠鏡（HST）提高一個量級，它將把望遠鏡靈敏度和空間分辨率等技術指標提高到前所未有的程度，其強大的洞察宇宙的能力必將引發天文學研究的飛躍發展，更清楚地揭示宇宙起源及其物質組成、暗物質和暗能量的本質、地外生命與文明的存在等最重要的自然科學圖景。

如果在縮小望遠鏡尺寸時未采用自由曲面，圖像質量將會受到影響。因此，如果沒有自由曲面光學，幾乎不可能開發出先進的望遠鏡。HUD也需要通過自由曲面光學技術來獲得良好性能，因為其反射光學組件無法安裝在車輛儀表板下方。這些系統需要的反射鏡的數量比目前要多得多，而且不太可能安裝在指定空間中。

?直接入射 在諸如卡塞格林式系統中，當中心遮攔太大或者望遠鏡鏡筒太短的時候，就會發生直接入射。視場以外的光線能夠進入望遠鏡，直接越過次鏡，穿越主鏡的開孔，從而以雜散光的形式直接打到焦平面上。如下圖2所示的那種望遠鏡系統，假如陽光可以直接進入的話，那這種雜散光危害是非常大的，對系統來說簡直就是一場災難。

前提假設和設計目標對于本文示例系統，我們作如下前提假設：我們將只模擬望遠鏡的主鏡，即反射拋物面。不考慮望遠鏡系統中的其他元件，例如次級反射鏡等。這主要是為了減少示例的復雜度，但如果需要分析也可以快速添加。每個子鏡面不會產生形變。這同樣是為了減少示例的復雜度，如需要也可快速添加。拋物反射鏡面由19個子鏡組成，我們將在編輯器中手動輸入這些鏡面。

因此，激光測月系統需要更大口徑的望遠鏡（如我國“天琴計劃”的1.2米口徑望遠鏡）、更高功率的激光發射器和更靈敏的超導單光子探測器，才能實現穩定的高精度測量。

望遠鏡和顯微鏡的目鏡通常設計成其出瞳與觀察眼睛的瞳孔重合。(注意，假定的天文望遠鏡的出瞳直徑要比顯微鏡的大得多，因為其觀察條件通常相對較暗，導致瞳孔變大。)如果出瞳更大，則眼睛不能利用所有的出射光，這會損失圖像亮度。(這種情況可能發生在望遠鏡中，例如，當使用放大率太低的目鏡時，即焦距太長時，或者當在白天使用夜視眼鏡時。)光學系統的出瞳較小也是不合適的，這導致無法利用眼睛的最大角分辨率。

光線追跡可以覆蓋所有涉及光的應用，從天文學到電磁學、航空航天、國防、通信、醫療技術以及消費類電子產品。光線追跡的最大應用領域是所有涉及鏡頭的實際應用，從常規攝像頭到手機攝像頭、抬頭顯示器、望遠鏡、AR/VR頭顯、前照燈、內窺鏡以及照明系統（醫療或建筑），不一而足。在光學及光子設計中使用光線追跡光線追跡可用于評估光學組件的性能并改進其設計，以滿足嚴格的規范要求。

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從智能手機中的攝像頭到詹姆斯·韋伯太空望遠鏡中的反射鏡和透鏡，所有這一切都需要廣泛的光機設計，以確保整個產品滿足或超越其設計目標。光機設計的五個步驟使用Ansys Zemax OpticStudio光學系統設計與分析軟件等工具定義和表征光學器件的光路徑后，就可以將光學幾何結構作為起點，開展光機設計流程。

以下是該培訓的大綱介紹：課程大綱第一天· 光學和光學系統· 光學基礎知識· 三階像差、高級像差· SYNOPSYS 界面介紹· 單透鏡的建模和優化· 從零開始設計五片式透鏡· 光學成像質量分析· 用非球面設計反射式望遠鏡· 邊緣形狀的定義· ZEMAX 導入和導出· SYNOPSYS 設計實例：投影物鏡第二天· SYNOPSYS