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[하이라이트 논문] 한국광학회지 Vol. 34 No.1 (2023 February)

사무국 hit 790 date 2023-02-27

피조 간섭계를 이용한 단일 조각거울 광축방향 변위 오차 측정
Measurement of the Axial Displacement Error of a Segmented Mirror Using a Fizeau Interferometer

장하림1,2ㆍ최재혁2ㆍ송재봉2ㆍ김학용1,2 †

 

한국광학회지  Vol. 34 No.1 (2023 February) pp. 22-30
DOI: https://doi.org/10.3807/KJOP.2023.34.1.022

 


 



Fig. 1  Relationship between axial displacement error and defocus. RoC, radius of curvature.
 

Keywords: 인공위성, 조각거울, 광축방향 변위 오차, 초점오차
OCIS codes: (120.3180) Interferometry; (120.3940) Metrology; (120.6085) Space instrumentation; (120.6650) Surface measurements, figure; (230.4040) Mirrors

 


 

초록
조각거울은 우주용 관측위성의 주반사경을 크게 제작하기 위한 방법 중 하나로서, 여러 개의 작은 거울들을 이어 하나의 큰 거울로 이용하는 방법이다. 여러 개의 거울들을 하나의 거울로 정렬하기 위해서는 인접한 거울들 간에 기울기 오차(tilt)와 광축방향 정렬오차(piston)가 없어야 한다. 기울기 오차와 광축방향 정렬오차를 해결해야 여러 개의 거울이 한 방향으로 빛을 모으고, 이를 통해 뚜렷한 이미지를 얻을 수 있기 때문에 조각거울의 정렬오차를 나노미터 수준으로 측정할 수 있는 파면 센서가 필요하다. 기울기 오차는 조각거울을 통해 얻은 이미지를 통해 어떤 거울의 기울기가 틀어졌는지 쉽게 확인할 수 있는 반면, 광축방향 정렬오차는 이미지의 질은 떨어뜨리지만 드러나는 뚜렷한 특징이 없기 때문에 같은 방법으로 감지하기 어려워 세밀한 측정이 매우 중요하다. 이를 위해 본 논문에서는 지상용 초기 정렬시 많은 이점을 갖는 광학계 평가용 간섭계 중 하나인 피조 간섭계를 이용한다. 피조 간섭계를 사용한 복수 조각거울의 광축방향 정렬오차 측정을 위한 기초 연구로서 단일 조각거 울의 광축방향 변위 오차를 측정하고, 측정불확도를 계산해서 피조 간섭계의 광축방향 변위 오차 측정 한계를 규명한다. 또한 수식을 통해 조각 거울 광축방향 변위 오차와 간섭계로 측정한 표면 초점오차(defocus)의 관계를 계산했고, 도출한 수식의 타당성을 실험으로 검증했다.

Abstract
A segmented mirror is one of the ways to make the primary mirror of a spaceborne satellite larger, and several small mirrors are used as a large monolithic mirror. To align multiple segmented mirrors as one large mirror, there must be no discontinuity in x, y-axis (tilt) and axial alignment error (piston) between adjacent mirrors. When the tilt and piston are removed, we can collect the light in one direction and get an expected clear image. Therefore, we need a precise wavefront sensor that can measure the alignment error of the segmented mirrors in nm scale. The tilt error can be easily detected by the point spread image of the segmented mirrors, while the piston error is hard to detect because of the absence in apparent features, but makes a downgraded image. In this paper we used an optical testing interferometer such as a Fizeau interferometer, which has various advantages when aligning the segmented mirror on the ground, and focused on measuring the axial displacement error of a segmented mirror as the basic research of measuring the piston errors between adjacent mirrors. First, we calculated the relationship between the axial displacement error of the segmented mirror and surface defocus error of the interferometer and verified the calculated formula through experiments. Using the experimental results, we analyzed the measurement uncertainty and obtained the limitation of the Fizeau interferometer in detecting axial displacement errors.

 

첨부파일
KJOP vol. 34 no. 1 (February issue) pp. 22-30.pdf.pdf