LLNL光学工程师贾斯汀·沃尔夫(左)和西蒙·科恩通过“r”滤光片。弗兰克·阿雷东多出现在滤镜的倒影中。由Garry McLeod拍摄。
在过去十年的大部分时间里，劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员一直在为世界上最新的望远镜设计主要的光学组件，而他们的工业合作伙伴则在制造这些组件。
现在，随着望远镜相机的六个光学滤光片中的最后一个9月份运到门洛帕克的SLAC国家加速器实验室，利弗莫尔的研究人员已经完成了他们的工作。
预计智利北部的Vera C. Rubin天文台设施及其时空遗产调查相机(LSSTCam)将于2024年开始对南部天空进行成像。
“我们都很兴奋，”LLNL工程师文森特·里奥特说，他在过去的四年里一直是鲁宾LSSTCam经理，当时他在利弗莫尔和SLAC工作，执行特殊任务。
他说:“这种光学透镜和滤光片的研制已经进行了很长时间。”“这个项目已经进行了大约10年。现在，作为望远镜调试的一部分，我们很快就会看到相机所有组件的整合。”
这六个光学滤光片是用来自纽约州的玻璃原料制造的，这些玻璃原料被运往位于法国南部普罗旺斯艾克斯的泰利斯太空公司SESO。泰利斯太空公司(Thales Space SESO)在2016年至2020年期间将玻璃塑形并抛光成光学滤光片。
然后，光学滤光片被运到马萨诸塞州的韦斯特福德。该公司总部位于美国Materion公司，在六个滤光片的玻璃上涂上了一层涂层。东海岸公司为LSSTCam过滤器建立了一个特殊的涂层室，还建立了一个定制的计量站来测量过滤器涂层。
涂装工作很有挑战性
LLNL光学工程师和LSSTCam光学子系统经理Justin Wolfe指出，两个因素使得LSSTCam光学滤光片的涂层特别具有挑战性。
首先，六个LSSTCam滤光片是有史以来最大的光学滤光片之一。其次，滤光片的均匀度必须严格控制在2%以内。“一致性超过2英寸是一回事;超过30英寸则是另一回事，”沃尔夫说。
“如果你有三个不同的供应商，需要18个月的准备时间，如果出现错误，还需要一个不可逆的涂层过程，那么为涂层做好准备是一个复杂的过程。”
每个过滤器直径约30英寸(76厘米)，重约90磅。厚度从1 / 2英寸(13毫米)到1英寸(26毫米)不等。
过滤器被标记为u, g, r, i, z和y;每一种都从电磁波谱的一部分发射光，在整个可见范围内前进，从近紫外线(u)移动到近红外(y)。
r波段滤波器，它覆盖了这个范围中心附近的一个光谱波段，将是LSSTCam最常用的滤波器之一。它也将特别有用的测试相机，因为标准光学技术可以用来验证相机的光学性能时，这个滤光片是到位的。
沃尔夫说:“由于大型望远镜系统的光学一直是一个挑战，所以完成这些滤光片和所有相机光学组件的工作是非常令人满意的。”“团队做了一个伟大的工作，我们都很自豪，发挥了作用，交付这些第一种光学组件。
“光学，尤其是光学滤光片，通常会导致这类项目的显著延迟。考虑到过去几年由于大流行和其他因素而出现的意外延误，得知光学镜片已经及时完好地交付，满足了项目的需要，这是一个巨大的安慰。”
过滤器插入机械支架
在今年3月至9月期间，Materion完成了滤光片的涂层工作，这些滤光片将被运往LLNL，安装在美国国家点火装置光学装配大楼的lab设计的机械支架上。
“我们受益于NIF最先进的装配大楼，它提供了一流的洁净室和熟练的技术人员，他们习惯于处理非常大的光学。”Riot说。
除了Riot和Wolfe，其他在LSSTCam光学镜头和滤光片上工作的实验室员工是Scott Winters，他是相机子系统经理，直到2018年;装配技术员弗兰克·阿雷东多(Frank Arredondo);Jeremy Huckins，机械工程师;Simon Cohen，光学工程师;布莱恩·鲍曼，光学设计师;Matt Rempel和Angela Tanner，合同管理人;资源分析师克里斯汀·梁(Kristen Leong)。
LSSTCam光学组件的一个关键特点是它的三个镜头，其中一个是世界上最大的高性能光学镜头，直径为5.1英尺(1.57米)。这种光学透镜被列入最新版的吉尼斯世界纪录。
世界上最大的镜头和两个配套镜头(直径1.2米，72厘米)于2019年从LLNL运至SLAC，集成到LSSTCam中。这三个镜片是由位于科罗拉多州博尔德的Ball Aerospace公司及其分包商、位于图森的亚利桑那光学系统公司在2014年至2019年期间制造的。
SLAC正在管理Rubin天文台价值1.68亿美元、32亿像素的数码相机的总体设计和制造，以及子组件集成和最终组装。除了SLAC和LLNL，建造相机的团队还包括一个国际合作的大学和实验室，包括位于巴黎的国家科学研究中心和纽约州的布鲁克海文国家实验室。
“这些光学滤光片和组件的成功制造证明了LLNL在大型光学领域的世界领先专业知识，这是建立在几十年世界上最大、最强大的激光系统建设经验的基础上的。”物理学家斯科特·奥利维尔说，他帮助管理利弗莫尔参与LSSTCam项目超过十年。
奥利维尔说，如果没有LLNL光学科学家Lynn Seppala和Brian Bauman以及LLNL工程师Riot, Winters和Wolfe的辛勤工作，LSSTCam滤光片和光学系统，包括世界上最大的镜头，就不会有今天的成就。
奥利维尔补充说:“Riot对LSSTCam的贡献也远远超出了相机的光学。作为LSSTCam目前的总体项目经理，Riot是成功开发这一重大科学仪器的主要人物，它将为天文学领域带来革命性的变化。”
鲁宾天文台主任史蒂芬·卡恩是斯坦福大学和SLAC的物理学家，他指出:“自21世纪初鲁宾天文台项目开始以来，LLNL一直是开发鲁宾天文台的关键合作伙伴。该实验室在望远镜整体设计、相机光学和相机项目管理方面做出了重大贡献。”
利弗莫尔的研究人员对LSSTCam透镜和反射镜的光学设计、LSSTCam观测天空的方式、它如何补偿温度和重力等方面做出了重要贡献。
会比地球上的人观测到更多的星系吗
鲁宾天文台的8.4米望远镜将每隔几个晚上拍摄整个可见的南方天空的数字图像，揭示宇宙前所未有的细节，并帮助解开它的一些最大的谜团。在10年的时间框架内，鲁宾天文台将探测到大约200亿个星系——这是第一次用望远镜观测到比地球上人口还多的星系——并将创造一个天空的延时“电影”。
这些数据将有助于研究人员更好地了解暗物质和暗能量，这两种物质合起来构成了宇宙的95%，但它们的组成仍然未知，同时还有助于研究星系的形成，跟踪潜在的危险小行星，观察爆炸的恒星。
这架望远镜的相机——一辆小汽车大小，重达三吨多——将以如此高的分辨率捕捉全天空的图像，仅显示一张图像就需要1500个高清电视屏幕。
鲁宾天文台于2014年在埃尔Peñon开始建设。埃尔Peñon是一座8800英尺高的山峰，沿着安第斯山脉的塞罗Pachón山脊，位于智利圣地亚哥以北220英里。
鲁宾天文台的财政支持来自美国国家科学基金会(NSF)、美国能源部科学办公室和LSST公司筹集的私人资金。
美国国家科学基金会资助的鲁宾项目建设办公室作为一个运营中心，在大学天文学研究协会的管理下成立。由美国能源部资助的LSSTCam项目由SLAC国家加速器实验室管理。
LSSTCam包括三个透镜和六个滤光片，由LLNL的研究人员设计，实验室的工业合作伙伴建造，将于2022年夏天从SLAC运往位于智利的望远镜基地。
