全日面太阳磁场望远镜精密温控系统研制

双折射滤光器是太阳观测中的重要设备,其中的双折射晶体的折射率对温度变化非常敏感,光学设计要求滤光器温度控制系统的稳定精度达到0.01℃以内,才能保证滤光器精确稳定地工作。太阳望远镜中双折射滤光器构型复杂,使用环境恶劣,其高精度温控一直是国际公认的核心技术。针对全日面太阳望远镜滤光器的温控问题,设计了基于积分分离PI加前馈的复合温控系统,实现了对滤光器的高精度恒温控制。系统使用24位AD实现高精度温度采集,采用数字滤波算法提高测温精确度;积分分离PI结合环境温度作为参数的前馈控制的复合控制方法,输出脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)控制策略,实现对滤光器高精度温控。相比原有的滤光器温控系统,本系统在保持原有温控精度的前提下,大大简化了系统设计。结果表明,当设定温度为42.216℃时,在实验室中,温控精度达到±0.001℃。该温控系统已经在怀柔观测基地投入使用,最大温度波动0.007 5℃,控制效果准确稳定,获得大量高质量科学数据。     

可调Lyot双折射滤光器的积分透过率守恒及调试方法

本文用计算方法,找出了可调Lyot双拆射滤光器的积分透过率是守恒的:由最原始级确定的滤光器周期中,不管各级的调节波长装置如何移动,即不管各级的透过带位置如何放置,其滤光器的积分透过率守恒,恒等于主带(最厚级透过带宽)的半宽.据此特征以及太阳方和斐线线心光度极小的特征,本文提出一种方法,只需用光电倍增管和普通微安表,直接利用装有双拆射滤光器的太阳望远镜,就能方便地调到所用谱线中心. 对几个选定的波带位置,从理论上计算和实际上观测滤光器的总透光量,并进行比较,推算了太阳磁场用窄带双折射滤光器的总附加散射光量,这种散射光是由光学元件不完善等所引起的。无论太阳磁场测量或太阳单色光度测量都迫切需要了解这种附加总散射光量.     

多通道双折射滤光器——Ⅲ.多通道头及多通道望远镜

本文讨论多通道滤光器的第三种型式——带多通道头的滤光器。在多通道头中设置较初级的滤光级次,分出各所需要的通道,使指定的工作谱线分别通过各通道,然后分别在各通道之后配置高级次的滤光级,构成整个多通道滤光器。这一结构:1)不需要将最热敏的最厚级置于滤光器最前部,避免了温敏引起的波带位置不稳定;2)各通道可根据工作需要各自选择带宽;3)有利于在其后配置众多的Fabry-Perot和Daystar等各种单通道滤光器;4)可将天文台中现存的所有滤光器,经过多通道头组合在一起,在一个镜筒中实现同时的多通道观测。 本文还讨论了与多通道滤光器相配合的多通道太阳望远镜的一些结构特点和设计方法。     

中国出口双折射滤光器

中国科学院南京天文仪器研制中心在20世纪80年代研制35cm太阳磁场望远镜滤光器取得巨大的成功，其在双折射滤光器领域内的水平，已被国际太阳物理界公认。1989年以来，已向日本和韩国出口了11台复杂而昂贵的Lyot滤光器，并已在有关国立天文台和天文馆投入常规观测。最近，还为国外客户修复3台Lyot滤光器，它们都是德国和法国在30年前生产的。     

云南天文台进口钙色球太阳滤光器原理和损坏元件分析及其修复

云南天文台进口钙色球太阳滤光器除1.2A外,0.3A和0.6A主要工作带宽均无出射光线,损坏严重。本文对其原理及其内部结构进行了较详细的分析,列出了损坏元件的几种可能性。依此分析修复了该滤光器。     

日冕单色仪的一种设计方案

本文介绍了日全食观测用日冕单色仪的一种设计方案.该仪器可用来拍摄5303A和6374A的日冕单色像和测量日冕的线偏振。仪器采用双折射滤光器为单色器.在5303A和6374A处的透过带半宽分别为4A和3A。在滤光器设计中考虑了使用KDP晶体的可能t性.文章还估计了拍摄不同太阳半径上日冕所需的曝光时间.     

抚仙湖一米红外太阳望远镜Hα窄带滤光器扫描轮廓的检测与修正

抚仙湖1 m红外太阳望远镜的重要终端之一是多通道高分辨成像系统,主要由两路宽带和一路窄带成像系统组成。目前窄带成像系统的工作谱线为Hα。主要介绍了窄带成像系统扫描轮廓的检测和修正。主要检测内容包括扫描轮廓的中心波长位置、扫描轮廓对称性、前置滤光片对扫描轮廓的影响、滤光器工作温度稳定性等问题。检测结果显示:扫描轮廓在656.281-0.15 nm到656.281+0.4 nm的范围内与理论轮廓较好地吻合,而在656.281-0.15 nm到656.281-0.4 nm的范围内明显衰减。同时轮廓中心波长位置(即强度最低点的波长位置)相对于滤光器显示的"0 nm"偏带点蓝移了0.013 nm。针对上述检测结果,将滤光器的工作温度提高了约0.3℃。在温度调整之后,扫描轮廓的整体特征不变,轮廓中心波长位置与"0 nm"偏带点偏差小于0.004 nm,同时红蓝翼对称偏带点的强度差异小于10%(对应1.8 km/s的多普勒速度测量误差)。目前可以明确,扫描轮廓的蓝翼衰减是由前置滤光片造成,对于常用工作范围(656.281±0.1 nm),可以忽略前置滤光片的影响。滤光器工作温度比较稳定,1个月内温度变化幅度的标准方差约0.001 7℃。目前,该滤光器仍存在的问题是扫描轮廓在"0 nm"偏带点略有突起,幅度在6%~8%。建议在以后的使用过程中,需要定期定量地对滤光器的扫描轮廓以及前置滤光片的透过率曲线进行检测。     

可调Lyot双折射滤光器积分透过率守恒的严格证明及一种主带外总光量的测定方法

本文求出了Lyot滤光器透过率函数的原函数,进而导出了计算Lyot滤光器积分透过率的公式,求出了当滤光器的级数趋向于无穷时主带积分透过率占全带积分透过率比的极限值,并对胡岳风、艾国祥发现的可调Lyot双折射滤光器积分透过率守恒,给出了分析证明。最后,本文还提出了一种滤光器主带外总光量的测定方法。     

双折射滤光器及其在天文学中的应用

本文综述了双折射滤光器的发展简史,它的各种类型、特点及应用价值。介绍了它的最新进展——偏振实体Michelson干涉滤光器和多通道双折射滤光器,特别强调了视频光谱仪系统所具有的发展潜力。     

FeIλ5324.19在太阳磁场中的形成和太阳磁场望远镜的理论定标

本文用Unno-Beckers方程和变步长Runge-Kutta法,计算了太阳光球、黑子半影和本影中FeI λ5324,19谱线在磁场中的形成,并结合半宽0.15专用双折射滤光器,计算了磁场及视向速度场的各种理论定标参数。纵场和速度场定标参数,具有良好的线性和稳定性、适中的灵敏度,很适合研究太阳活动区。横场观测时,滤光器宜置于距线心0.10—0.11处。考虑磁光效应时,横场定标比较复杂。该线温敏效应不严重。     

云台双筒望远镜H_α滤光器的调试检测

本文介绍了云南天文台双筒望远镜Hα滤光器的调试检测。得到了滤光器透过带带宽,工作温度以及各偏带状态下的光谱特征等参数。     

NVST高分辨窄带成像系统视场频漂的实测与分析

1 m新真空太阳望远镜的成像系统包括Hα,Ca Ⅱ和He Ⅰ三个窄带成像通道,三者均使用里奥滤光器系统进行单色像观测。以Hα通道实测图像为例,探讨了在线心-线翼的偏带观测出现的太阳像亮度空间分布不均匀问题的原因。该不均匀性不同于杂散光,其空间分布形式与变化程度随观测波长点的不同而不同。通过对多组实测数据的分析认为,出现亮度不均现象的根本原因是滤光器的视场效应,视场边缘区域的工作波长相对中心区域发生频率漂移。频漂的程度和空间分布特征与光路装调密切相关,通过分析对比2017年3月光路调整前后频漂情况得出结论:在目前Hα成像通道2.2'的视场范围内,视场频漂量最大为0.005 nm,小于透过带带宽,且仅出现在视场左下角边缘。     

太阳偏振图像高分辨重建误差仿真分析

地基太阳望远镜磁像仪在进行偏振测量时会受到大气湍流的影响,导致测量结果不准确。通过同步探测波前像差,对太阳窄带偏振图像退卷积重建的方法可以克服窄带滤光器带来的偏振测量通道光子数水平较低等问题,将高分辨图像重建算法应用到太阳偏振图像的重建中。在重建过程中,波前估计不准确会导致重建的偏振图像受到I的串扰,与真实的偏振信号之间存在一定偏差。为了研究同步重建过程中波前复原精度对偏振图像重建精度的影响,通过建立仿真模型,对不同视宁度和不同波前复原精度下I对偏振信号的串扰进行了仿真。结果表明,偏振图像的重建质量与波前复原精度正相关,在一定的条件下,增加用于图像重建的帧数和降低图像分辨率等方法也可以降低I对偏振信号的串扰。     

CMOS图像传感器在太阳磁场观测中的应用研究

磁场是太阳物理的第1观测量,当前太阳磁场观测研究正迈向大视场、高时空分辨率、高偏振测量精度以及空间观测的时代.中国首颗太阳观测卫星—先进天基太阳天文台(ASO-S)也配置了具有高时空分辨率、高磁场灵敏度的全日面矢量磁像仪(FMG)载荷,针对FMG载荷的需求,讨论了大面阵、高帧频互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)图像传感器应用于太阳磁场观测的可行性.首先,基于滤光器型太阳磁像仪观测的原理,比较分析了目前CMOS图像传感器(可用的或是可选的两种快门模式)的特点,指出全局快门类型更适合FMG;其次搭建了CMOS传感器实验室测试系统,测量了CMOS图像传感器的像素增益及其分布规律;最后在怀柔太阳观测基地的全日面太阳望远镜上开展了实测验证,获得预期成果.在这些研究基础上,形成了FMG载荷探测器选型方向.     

用于太阳视频矢量磁象仪和视频多普勒仪的双折射滤光器的新双带方案

本文分析了用于太阳视频矢量磁象仪和视频多普勒仪的Ramsey双带方案的优缺点,提出了新的双带方案:将滤光器中次厚级放在最前部,以代替原Ramsey方案中最厚级放于最前部的结构。详细计算表明,新双带方案优于传统的单带方案,传统的单带方案优于Ramsey双带方案。在相同磁场条件下,它们的总体信噪比是0.963:～0.800:0.578。新方案可能对新的空间视频矢量磁象仪和新建的地面系统有重要价值,也可按此改进已有的地基视频矢量磁象仪系统。     

云台太阳光谱仪的H_α狭缝监视器及其应用

该监视器采用通光口径目前为3.2cm的Daystar Hα滤光器,备有光刻缝。其结构紧凑合理,安装位置适中。 应用表明,它既能目视监视日面活动状况,又能与多波段太阳光谱观测同步对日面活动对象作空间定位照像;在中等天气条件下,Hα单色像照像资料的空间分辨率为2″.3,可分辨的日面细节平均为1″.2。     

晶体定轴误差对宽视场双折射滤光器视场影响的分析

在单轴晶体光轴任意取向的情形下应用惠更斯原理导出了双折射滤光片产生位相差的精确公式,结合几种熟知的特殊情形进行了简要讨论,给出完全一致的相关结果,揭示该普遍公式的正确性.针对光轴标定误差小的晶片,对普遍公式进行相应的近似,进一步分析了晶片定轴误差对宽视场双折射滤光器视场的影响,说明引入适当的光轴定向微扰误差可以增大滤光器某一方位角处的视场.     

与耀斑相关的磁场演化

本文利用紫金山天文台太阳光谱仪缝前附属Ｄａｙｓｔａｒ滤光器拍摄的，发生在ＮＯＡＡ５３９５活动区中的三个耀斑的Ｈα单色光资料，对比北京天文台怀柔观测站取得的光球磁场资料，研究耀斑产生位置与光球磁场演化的关系，结果表明：（１）在所研究的５０个耀斑亮核中，有３８个位于新浮磁流区附近，另有少数亮核出现在磁对消区；（２）耀斑亮核多集中在横场方向交叉，剪切角大的复杂磁区，耀斑后多数区域磁场结构简化；（３）耀斑     

基于USB协议的望远镜多波带控制系统设计

怀柔观测基地的多通道太阳望远镜是通过数十个电机调节晶体偏转角度实现多波带同时观测的自动控制。原有的计算机是通过一个串行接口控制若干个调波带的电机,响应时间长,速度慢且技术比较落后。本文利用当今流行的USB2.0芯片CYPRESS EZ-USB改造原有的串口通信控制系统,大大提高了响应的速度,同时,为解决一个USB应用程序控制多个电机转动的问题,提出了一种"编号"的方法。这样每个USB设备不论其插入顺序,PC主机都能通过识别其固定编号而加以区分,PC主机可以通过4个USB接口(16个电机)控制多通道太阳望远镜滤光嚣的调制角度,实现自动控制。这为大规模改造其他计算机接口提供了研制基础。     

色球光球望远镜

色球光球双筒望远镜,可同时用目视和照相的办法巡视观测太阳H_a色球和光球层。两者物镜口径都是180mm,色球主光路中的干涉偏振滤光器工作波长为6562.78A(H_a),透过带半宽0.5A,由10级双折射晶体组成,最后四级为宽视场级。色球、光球主光路中都采用干涉滤光片减光,色球和光球象分别为25mm和71mm。试观测表明,色球照片已达到甚至超过国内现有几台色球望远镜的最高水平。