人類對於外太空的探索從來沒有停止過，而裝置技術的升級也在進一步滿足著人們對於宇宙奧祕的好奇心。望遠鏡的發明，可以說是人們從傳統意義上用放遠了人們視野。在近些年來，人們對於望遠鏡的升級改造在對宇宙的探索過程中也起到舉足輕重的作用，特別是大型光學望遠鏡的發明。本文就望遠鏡（特別是大型光學望遠鏡）的光學原理應用及發展歷史做出總結。

首先我們先在了解一下有關望遠鏡的原理和構造。望遠鏡利用了口徑和焦距的比例（即“焦比”）來衡量成像的能力。一個望遠鏡一旦建成，口徑就已經確定了。例如口徑2米的望遠鏡，焦比 f/8，代表焦距是 2 x 8 = 16米。通常望遠鏡不會只配備一種焦距，為了實現多種功能，有好幾個不同的焦點，每個焦點的焦距不同，配備不同的終端儀器，學者觀察天體是就是利用了這些終端儀器。

常見的普通的望遠鏡組成有：目鏡、物鏡、中間的稜鏡、兩個鏡筒的連線部分，以及聚焦系統。根據尺寸大小，可用來放大倍率。如下圖所示：

天文望遠鏡就是在普通望遠鏡的基礎上產生的。天文望遠鏡要有別於普通望遠鏡。天文望遠鏡可以分為三類：折射式望遠鏡、反射式望遠鏡和折反式望遠鏡。

折射式望遠鏡是一種使用透鏡（透鏡是用透明物質製成的表面為球面一部分的光學元件，鏡頭是由幾片透鏡組成的，有塑膠透鏡（plastic）和玻璃透鏡（glass）兩種）做物鏡，使用凸透鏡或凹透鏡作為目鏡，利用屈光成像原理（屈光成像：即光線由一種介質進入另一種折射率不同的介質的時候，光線會發生前進方向的改變，折射式望遠鏡以物鏡作為主鏡，光線通過鏡頭和鏡筒折射匯聚於一點，稱為”焦平面”。）的望遠鏡。折射式望遠鏡具有寬廣的視野，高對比度和良好的清晰度。這也是最早被髮明出的望遠鏡，現代科技在對其材料以及成像品質做著進一步調整，不斷完善折射式望遠鏡的效能。

反射式望遠鏡是一種使用一個凹的拋物面或球面反射鏡將進入鏡頭的光線匯聚後反射到位於鏡筒前端的一個被稱為副鏡的平面鏡上，然後再由這個平面鏡將光線反射到鏡筒外的目鏡裡，這樣我們便可以觀測到星空的影像。反射望遠鏡具有口徑大、無色差的特點。特別是加工成本低廉，使得世界上大型天文望遠鏡大部分採用了這種結構。

折反式望遠鏡是將折射望遠鏡與反射望遠鏡特點相結合的一種望遠鏡，它的物鏡既包含透鏡又包含反射鏡，天體的光線要同時受到折射和反射。這種望遠鏡的特點是便於校正像差，同時縮短鏡筒長度。

無論是普通望遠鏡還是天文望遠鏡，對於科學工作人員和平常的天文愛好者都是屢見不鮮的。但這些儀器並不滿足我們當下對於宇宙探索的需求。而望遠鏡的集光能力隨著口徑的增大而增強，望遠鏡的集光能力越強，就能看到更暗更遠的天體。在這種情況下，大型光學望遠鏡便產生了。

大型光學望遠鏡，即大口徑光學望遠鏡，其出現應該追溯到上世紀七十年代。在此期間，出現了一種名為“主動光學”的技術，即為了消除望遠鏡的光學系統及支架受重力和溫度等因素影響引起的變形而採用的一種波面校正技術。這使望遠鏡的設計思想有了新的思路。在八十年代的時候，國際上開始了對大型光學望遠鏡的大規模研究與更新。下面我將選擇幾種大型光學望遠鏡來進行介紹。

凱克望遠鏡

目前已有兩臺完全相同的凱克望遠鏡被放置在夏威夷的莫納克亞，其目的是為了做干涉觀測。它們的口徑都是10米，由36塊六稜鏡拼接組成，通過主動光學支撐系統，使鏡面保持極高的精度。焦面裝置有：近紅外照相機、高解析度CCD探測器和高色散光譜儀。

凱克望遠鏡

甚大望遠鏡（VLT）

甚大望遠鏡是由歐洲南方天文臺自1986年開始研製的，由4臺8米口徑望遠鏡組成一臺等效口徑為16米的光學望遠鏡。這4臺8米望遠鏡排列在一條直線上，它們均為RC光學系統，下方裝有159個促動器的主動光學系統。四臺望遠鏡既可以單獨使用，也可以組成光學干涉儀進行高解析度觀測。從2005年，歐洲南方天文臺在甚大望遠鏡近旁相繼建造了4臺口徑1.8米的輔助望遠鏡，它們在與4臺8.2米望遠鏡共同組成甚大望遠鏡干涉儀（VLTI）。這些輔助望遠鏡不會顯著增加干涉儀的聚光面積，但是可以增加基線數目，改善成像品質。

雙子望遠鏡

雙子望遠鏡是由多國聯合制造，由美國大學天文聯盟（AURA）負責實施。該望遠鏡由兩個8米望遠鏡組成，一個放置在北半球，另一個放置在南半球，以進行全面天文系統的觀測。其主鏡採用主動光學控制，副鏡作傾斜鏡快速改正，還將通過自適應光學系統（自適應光學實由補償大氣湍流或其他因素造成的成像過程中波前畸變的最有前景的技術）實紅外區接近衍射極限（衍射極限是指一個理想物點經光學系統成像，由於衍射的限制，不可能得到理想像點，而是得到一個夫朗和費衍射像）。其口徑長達八米，鏡面使用銀鍍膜以增強反光率。它的鏡面薄而大，精確度極高，同時鏡面可以調節100次，以抵消風力造成的鏡體搖擺，另外它還能消除成像模糊和扭曲現象，獲得同哈勃望遠鏡相同效果的影象。雙子望遠鏡能夠觀測到80億光年以外的星體。這些星體由於距離地球及其遙遠，我們所觀測到的是80億年前發出的光線，因此科學家得以研究宇宙形成初期的情況。

昴星團望遠鏡（SUBARU）

這是一臺口徑為8米的光學/紅外望遠鏡。其屬於大型反射式光學望遠鏡。它有三個主要特點：意識鏡面薄，通過主動光學和自適應光學獲得較高成像品質；二是可實現0.1”的高精度跟蹤；三是採用圓柱形觀測室，自動控制通風可空氣過濾器，使熱湍流的排除達到最佳條件。此望遠鏡採用Serrurier桁架，可使主鏡框與副鏡框在移動中保持平行。

大天區多目標光纖光譜望遠鏡（LAMOST）

這是中國正在研發和興建的一架有效通光口徑為4米、焦距為20米、視場達20平方度的中星儀式的反射施密特望遠鏡。它的技術特色有以下幾個方面：一是把主動光學技術應用在反射施密特系統，在跟蹤天體運動中作實時球差（球差是由於電磁透鏡中心區域和邊緣對電磁波會聚能力不同造成的）改正，實現大口徑的大視場兼備的功能。二是球面主鏡和反射鏡均採用拼接技術。三是採用了多目標光纖（可達4000根，一般望遠鏡只有600根）的光譜技術。

人類對於外太空的探索在未來時期會不斷上升，也就意味著光學望遠鏡會將不斷升級換代。我們期待著人類最終揭開神祕宇宙面紗的那一天~