WFCTAWFCTA 新望远镜的新望远镜的光学模拟优化 光学模拟优化 刘加丽刘加丽昆明学院物理科学与技术系昆明学院物理科学与技术系

第九届高能物理年会 · 2014 年 4 月 18 日 -2014 年 4 月 23 日 · 湖北武汉

主要内容主要内容1. WFCTA1. WFCTA 简介简介2. 2. 新望远镜候选光学新望远镜候选光学3. 3. 光学优化过程及结果光学优化过程及结果 3.1 3.1 反射镜曲率半径反射镜曲率半径 3.2 PMT3.2 PMT 阵列（成像系统）与反射镜之间的距离阵列（成像系统）与反射镜之间的距离 3.3 3.3 反射镜粗糙度反射镜粗糙度4. 4. 讨论讨论5. 5. 总结总结

1. WFCTA1. WFCTA 简介简介——物理目标物理目标

实验目标为测量实验目标为测量 50TeV50TeV 至至 1EeV1EeV 的宇宙线能谱和成份。的宇宙线能谱和成份。 为实现该目标，分成三个能段来进行测量。为实现该目标，分成三个能段来进行测量。 （（ 50TeV-10PeV; 10PeV-100PeV; 100PeV-1EeV.) 50TeV-10PeV; 10PeV-100PeV; 100PeV-1EeV.) 用同样的一批望远镜设备（用同样的一批望远镜设备（ 2424 台），采用不同的光学技术，覆盖宇宙线台），采用不同的光学技术，覆盖宇宙线能谱上的两个“膝”区。能谱上的两个“膝”区。 通过低能区（通过低能区（ 50TeV50TeV ）与空间气球）与空间气球 // 卫星实验的重叠测量获取绝对能标，卫星实验的重叠测量获取绝对能标，并将给能标传递到高能区。并将给能标传递到高能区。

WFCTA 是 LHAASO 项目的子项目之一。（ Wide Field of View Cherenkov/Fluorescence Telescope Array ）

1. WFCTA1. WFCTA 简介简介——望远镜结构望远镜结构 望远镜主体望远镜主体 1/41/4 标准海运集装箱 标准海运集装箱 2.9m×2.5m×2.38m2.9m×2.5m×2.38m

光收集系统光收集系统 2020 块球面镜组成 接收面积约 块球面镜组成 接收面积约 5m5m22

成像系统成像系统 16×1616×16 的的 PMTPMT 阵列阵列 @ @ 11oox1x1o o 覆盖覆盖 1414oo×16×16oo

电子学系统 电源系统 慢控制和监控系统 标定系统电子学系统 电源系统 慢控制和监控系统 标定系统

1/4 标准海运集装箱 ？？？ ×2.5m×2.38m

？？？ 接收面积约 5m2

32×32 的 PMT 阵列 @ 0.5ox0.5o 覆盖 14o×16o

？？？

2. 2. 新望远镜候选光学新望远镜候选光学

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R=2r

球面设计 Davies-cotton 设计23 全镜 +8 半镜L=271.4mm

90 个小镜子L=150mm

3. 3. 光学优化过程及结果光学优化过程及结果球面设计

Davies-cotton 设计

θ=0o

θ=8oθ=0o

Small facet shape

Coma

θ=8o

3.1 3.1 反射镜曲率半径反射镜曲率半径定义光斑位置：

成像系统（ PMT 阵列）尺寸： 826 mm x 708 mm 。 曲率半径：选择 5500mm 附近。

3.2 PMT3.2 PMT 阵列与反射镜之间的距离阵列与反射镜之间的距离

球面设计 Davies-cotton 设计

球面设计 : 2725 mm Davies-cotton 设计 : 2775 mm

3.3 3.3 反射镜粗糙度反射镜粗糙度受反射镜小镜子加工的粗糙度以及安装精度等因素的影响，反射镜的法线方向会有一个高斯的扩展，从实验角度考虑，模拟中将该扩展等同到出射点的位置扩展。

球面设计 Davies-cotton 设计

3.3 3.3 反射镜粗糙度反射镜粗糙度球面设计 Davies-cotton 设计

扩展的半宽度小于 6mm !!!球面设计将作为 WFCTA 新望远镜的最终光学设计方案！

4. 4. 讨论讨论——小视场小视场设计设计 考虑稍微小一些的视场范围，反射镜设计不变，视场从 16o 减小到 10o 。

对于 10o 的视场，成像质量显著提高；球面设计成像质量好于 Davies-cotton 设计。

5. 5. 结论结论 球面设计的反射镜能满足球面设计的反射镜能满足 WFCTAWFCTA 的要求，将为的要求，将为其光学设计的方案。其光学设计的方案。 反射镜曲率半径选择反射镜曲率半径选择 5500mm5500mm ，成像系统放置于，成像系统放置于距离反射镜距离反射镜 2725mm2725mm 的位置。的位置。 由于镜子加工以及安装精度等因素造成的出射光由于镜子加工以及安装精度等因素造成的出射光线位置的扩展半宽度不超过线位置的扩展半宽度不超过 6mm6mm 。。 适当缩小望远镜视场到适当缩小望远镜视场到 1010oo ， ， Davies-CottonDavies-Cotton 设设计的成像质量显著提高；球面设计的成像质量仍计的成像质量显著提高；球面设计的成像质量仍高于高于 Davies-CottonDavies-Cotton 设计。设计。

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