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TMT的介绍:是目前在建的最大口径的光学天文望远镜，是由美国和加拿大天文学家主导的国际合作项目，其中宽视场光学光谱仪(WFOS)是中方主导和全面参与的TMT的子项目。而光栅和光栅更换系统是WFOS的主要部件。 WFOS目前的方案是两个分别要求高、中、低光谱分辨力成像和直接成像四种观测模式光学通道，其中大口径光栅和实现不同观测模式的光栅更换系统是该仪器的核心技术。仪器的光栅除尺寸要满足尺寸300×500mm、频带在0.3-1.0um的要求之外，对光栅的衍射效率也提出了较高的要求，四种观测模式的光栅更换要保证位置精度等。光栅更换系统存在定位误差影响光栅衍射效率和成像光学质量的问题。由于所要求光栅为大尺寸光栅，能够在满足精度、衍射效率、成像质量的前提下最大程度的减小光栅更换系统的体积以确保光栅更换系统在WFOS中的安装。此外，双通道分光，使WFOS的结构复杂，成本提高，可靠性下降，如果采用单通道可实现0.3-1.0微米的宽光谱分光，将极大简化仪器结构，并可降低仪器的运行维护成本和操作简单，提高可靠性，保证科学观测的效率。 为此，论文设计了高、中、低光谱分辨力成像部件与直接成像部件分别运动的紧凑型光栅更换系统来优化光栅更换系统的体积，并对安装结构进行了详细设计和仿真分析，以确保所设计的系统能够保证光学系统所要求的精度。动力部分由伺服电机驱动，气浮转台作为动力传输部件，能够很好的来保证光栅更换系统的精度。 解决双通道光谱分光使结构复杂的问题，论文设计了基于全反射原理的单通道光谱分光方案，能够替代目前的双通道分光方式，将光栅更换系统的体积减小一倍。 上述WFOS的光栅和光栅更换系统问题的解决，是整个仪器成败的关键，对实现TMT科学目标具有决定性意义，可带动中国天文仪器跨越式发展，为中国自己极大望远镜建设做好技术储备。