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1、WFCTA新望远镜的新望远镜的光学优化设计光学优化设计 刘加丽昆明学院物理科学与技术系2018高能物理年会 2018年6月19日-2018年6月24日 上海报告内容报告内容1. WFCTA简介2. 新望远镜光学设计3. 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. 讨论 4.1 Davies-cotton 4.1 Davies-cotton 设计设计 4.2 4.2 新望远镜重建精度新望远镜重建精度 5. 总结1. WFCTA简介简
2、介物理目标物理目标 实验目标为测量实验目标为测量50TeV50TeV至几个至几个EeVEeV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-EeV.) 50TeV-10PeV; 10PeV-100PeV; 100PeV-EeV.) 用同样的一批望远镜设备，采用不同的光学技术，覆盖宇宙线能谱上的两用同样的一批望远镜设备，采用不同的光学技术，覆盖宇宙线能谱上的两个个“ “膝膝” ”区。区。 通过低能区（通过低能区（50TeV50TeV）与空间气球）与空间气球
3、/ /卫星实验的重叠测量获取绝对能标，并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。将给能标传递到高能区。uWFCTA是 LHAASO项目的子项目之一。（Wide Field of View Cherenkov/Fluorescence Telescope Array）1. WFCTA简介简介望远镜结构 望远镜主体望远镜主体望远镜主体望远镜主体 1/4 1/4标准海运集装箱标准海运集装箱 光收集系统光收集系统光收集系统光收集系统 20 20块整镜块整镜 + 5+ 5块半镜块半镜 成像系统成像系统成像系统成像系统 32 x 3232 x 32的的PMSiPMSi阵列阵列 FOV FO
4、V：0.50.5o o 共覆盖共覆盖1616o o x 16 x 16o o 电子学系统电子学系统电子学系统电子学系统 电源系统电源系统电源系统电源系统 慢控制和监控系统慢控制和监控系统慢控制和监控系统慢控制和监控系统 标定系统标定系统标定系统标定系统 FADCFADC，每，每20ns20ns采集一次波形信号。采集一次波形信号。2. 新望远镜光学设计新望远镜光学设计R=2r球面设计球面设计Davies-cotton设计设计20整镜+5半镜L=297.1mm 90个小镜子L=150mm455103. 光学优化过程及结果光学优化过程及结果球面设计球面设计Davies-cotton设计设计=0o=0
5、o=8o=8oSmall facet shapeComa3.1 反射镜曲率半径反射镜曲率半径定义光斑位置：成像系统（PMSi阵列）尺寸：826 mm x 708 mm。 曲率半径：选择5500mm附近。3.2 PMSi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球面设计Davies-cotton设计设计 球面设计球面设计: 2725 mm Davies-cotton: 2725 mm Davies-cotton设计设计: 2775 mm: 2775 mm3.3 反射镜粗糙度反射镜粗糙度受反射镜小镜受反射镜小镜子加工的粗糙子加工的粗糙度以及安装精度以及安装精度等因素的影度等因素的影响，出
6、射光线响，出射光线的方向会有一的方向会有一个高斯的扩展，个高斯的扩展，从实验角度考从实验角度考虑，模拟中将虑，模拟中将该扩展等同到该扩展等同到出射点的位置出射点的位置扩展。扩展。球面设计球面设计Davies-cotton设计设计3.3 反射镜粗糙度反射镜粗糙度球面设计球面设计Davies-cotton设计设计扩展的半宽度小于扩展的半宽度小于6mm !球面设计球面设计将作为将作为WFCTA新望远镜的最终光学设计方案！新望远镜的最终光学设计方案！4. 1 讨论讨论Davies-cotton 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。对于对于10o的视场，成像质量
7、显著提高；的视场，成像质量显著提高；球面设计成像质量好于球面设计成像质量好于Davies-cotton设计。设计。4. 2 新望远镜阵列重建精度新望远镜阵列重建精度利用优化设计的新望远镜，研究了WFCTA在荧光观测模式下的shower几何重建。在新望远镜的优化设计下，在新望远镜的优化设计下，WFCTA具有较高的几何重建精度。具有较高的几何重建精度。WFCTA荧光荧光阵列重建精度阵列重建精度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，将最为的要求，将最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5500mm5500m
8、m，成像系统放置，成像系统放置 于距离反射镜于距离反射镜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光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1010o o ， Davies-CottonDavies-Cotton设计设计的成像质量显著提高；球面设计的成像质量仍高的成像质量显著提高；球面设计的成像质量仍高于于Davies-CottonDavies-Cotton设计。设计。利用优化的新望远镜设计，得到较高的重建精度。利用优化的新望远镜设计，得到较高的重建精度。为后续的精确物理测量提供保证。为后续的精确物理测量提供保证。 (0.17 (0.17o o , 8m , 500PeV) E500PeV) Thank you！
