天文望远镜紫外积分视场光谱技术研究

发布时间：2020-04-01 04:44

【摘要】：对近邻星系而言,紫外光谱是研究大质量恒星形成区域、宽吸收线等的特别波段。紫外的三维光谱观测无论对近邻星系还是对z~1-2的高红移星系都具有十分重要的科学研究价值。空间分辨的光谱采用积分视场单元技术(IFU)获得,组装在积分视场摄谱仪(IFS)上,结合了光谱和成像功能。集中在紫外的IFU/IFS观测则可以为我们提供对星系演化有关键指示意义的参数,目前国际上已有的IFU/IFS观测波段主要集中在光学和红外,而紫外IFU/IFS方面的信息相对比较匮乏。本文深入研究了紫外积分视场单元技术,结合高分辨率紫外成像光谱技术,设计并研制了一套紫外积分视场光谱成像系统。本文的主要研究工作以及获得的成果如下:(1)充分调研了国内外积分视场单元技术的研究现状和发展趋势,针对积分视场单元和高分辨率成像光谱等关键技术展开了研究。根据科学需求和积分视场光谱成像原理确定了系统参数;完成了高分辨率紫外积分视场光谱仪的总体方案设计;完成了高分辨率紫外积分视场光谱仪中的关键技术研究。(2)本文完成了规模为8×8的验证IFU设计。比对了IFU的三种方式,综合考虑紫外波段的光学效率、加工难度、制造周期以及制造成本等因素,采用裸光纤束的简化方法。光纤堆叠成二维矩阵对望远镜后焦面上的目标像进行分割采样,IFU输出端光纤排成一列,将采样光束送入光谱仪进行分光。(3)本文完成了高分辨率紫外成像光谱系统的设计。通过对棱镜和光栅两种分光形式的比对,本设计选择采用光栅分光的形式。对两种成像光谱结构:Dyson和Offner同心结构进行了分析和比对,采用的是基于凸面光栅Offner成像光谱系统的改进结构,该结构不仅具备Offner结构高像质、低谱线弯曲和色畸变、易装调的优点,还实现了高分辨率、系统小型化等特点。(4)根据Offner同心结构和凸面光栅的衍射特性,设计了一种利用干涉仪对Offner同心三反结构以及带弯月校正透镜的Offner优化结构进行高精度装校的方法,并完成分光系统的装校。(5)采用汞灯作为定标光源,完成系统光谱定标。采用紫外增强型氙弧光灯作为光源,采用几种靶标作为面源目标对系统进行光谱成像实验,并对实验结果进行处理和分析。结果表明,不同光纤之间的光谱信息一致性较好,整体系统均能正常工作,并较好地获取面源目标不同位置的光谱数据。使用单色仪作为光源,完成系统光谱分辨率测试,实验结果证明,在322-400nm波段内光谱分辨率为0.5nm。本文的创新点主要有:(1)提出了基于光纤束的紫外积分视场光谱系统设计方法,率先对紫外积分视场光谱系统进行了探索性设计和测试验证,研制了一套高分辨率紫外积分视场成像光谱系统,目前国内还鲜有对紫外积分视场光谱仪的报道。该系统工作波段为250-400nm,光谱分辨率为0.6nm,空间角分辨率为21.6”×21.6”,总视场为172.8”×172.8”。(2)完成了高分辨率紫外Offner凸面光栅成像光谱子系统关键技术攻关,设计了一套紫外成像光谱组件,不仅具备Offner结构高像质、低谱线弯曲和色畸变、易装调的优点,还实现了高分辨率、系统小型化等特点。分光系统的数值孔径为0.14,光谱分辨率为0.6nm。(3)完成了紫外积分视场单元设计关键技术,分析了不同类型的积分视场单元的特点和紫外波段对IFU光学效率的影响,设计了一套适用于紫外波段的积分视场单元。验证紫外IFU的规模为8×8,填充因子为74.6%。
【图文】：

原理图,原理,透镜阵列,科学工程

图1.4 TIGER 原理Fig 1.4 TIGER principle威廉·赫歇尔望远镜（William Herschel Telescope）上的roscopic Areal Unit for Research on Optical Nebulae，SAURON，透镜阵列技术，将一组小透镜阵列放置在望远镜焦面处，把面单元像，本质上相当于像素。这个微透镜阵列所产生的所有单，色散为相应的光谱，然后将其馈送到相机成像，从而产生每谱。并基于 TIGER 原理，如图 1.4 所示。索伦仪不仅是全景，而且也是一个科学工程。主要是为了 3D 观测，了解椭圆和

焦平面,星系,视场,早型星系

天文望远镜紫外积分视场光谱技术研究。观测位于椭圆星系、透镜星系、Sa 星系集群附的是为了确定星系的固有形状，，轨道结构，恒星和黑洞核的运动频率。积分视场仪能测绘出连接态学的测量。目前，索伦仪已经揭示了意想不到的学和早型星系的线强度分布。赫歇尔望远镜上的 INTEGRAL 使用的是光纤束技术通过目标光束由光线阵列所捕获。光纤的一端被光纤的光谱信息。INTEGRAL 对星系运动的研究果，如在 M100 的中心地区的非圆运动和银河风，的扩展发射弧。三个标准束的 INTEGRAL 配置如图
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P111

【参考文献】