8m中国巨型太阳望远镜偏振光学设计

望远镜的仪器偏振是影响太阳磁场测量的重要因素,为了获得精确的太阳磁场信息,对大型太阳望远镜光学系统进行偏振优化设计非常必要.针对8 m中国巨型太阳望远镜(Chinese Giant Solar Telescope, CGST)的偏振设计需求,提出了基于四镜偏振补偿结构的望远镜折轴光学系统设计方案.基于偏振光线追迹方法,分析了该方案仪器偏振在望远镜光瞳和视场上的分布特性以及视场分布特性随望远镜运动和波长的变化.结果表明,在HeI 1.083μm和FeI 1.565μm磁敏谱线所在的近红外波段, CGST仪器偏振满足2×10^-4测量精度要求的“无偏振视场”为0.91′,而在可见光波段该“无偏振视场”为0.5′.     

光纤阵列太阳光学望远镜偏振分析器设计

给出了满足光纤阵列太阳光学望远镜(FASOT,Fibre Arrayed Solar Optical Telescope)观测目标的偏振分析器的理论设计.它具有以下特点:(1)具备偏振光学开关功能,使得高偏振测量成为可能;(2)在750nm宽度范围内,对各Stokes偏振参量都具有50%以上的理论偏振测量效率,且总的偏振测量效率高于86.6%.使得观测者在如此宽波长范围内可对多条磁敏谱线同时进行偏振测量;(3)根据所选光球和色球线侧重于对线偏振或圆偏振的测量;(4)对偏振元件的制作工艺以及安装误差等具有相当好的容忍度.以上特性使该偏振分析器成为高性能的偏振测量设备.     

一种偏振定标单元方位角误差的约束非线性最小化优化定标方法

偏振定标单元(Polarization Calibration Unit, PCU)对于定标由偏振系统和天文望远镜产生的仪器偏振至关重要, 然而偏振定标单元 中偏振元件光轴的方位角误差是限制定标精度的主要因素之一. 为解决该问题, 提出了一种基于约束非线性最 小化优化的方位角误差定标方法, 该方法具有定标精度高、定标速度快的优点. 首先将偏振定标单元中的线性 偏振片和四分之一波片的光轴方位角误差设置为两个待优化的自由变量, 然后利用产生和测量的Stokes参数 以及偏振定标获得的响应矩阵定义优化目标函数, 最终使用约束非线性最小化优化方法来确定 两个偏振元件的方位角误差. 分别从理论模拟和实际测量两个方面对优化方法进行了验证, 实验结果表明, 该 优化方法能够成功获得上述两个方位角误差, 精度分别优于2.79$''$和2.72$''$. 此外, 从理论上 计算分析了不同方位角误差对各Stokes分量的影响情况. 该优化方法有望应用到我国太阳望远镜中偏振定标 装置的误差定标及研制之中.     

太阳光谱望远镜的Stokes光谱测量

中国科学院云南天文台"太阳Stokes光谱观测与理论研究”团组自进入国家天文观测中心以来,经过一年多的努力,对50cm太阳光谱望远镜原偏振测量部分进行了彻底改造,由原来的D.C.调制改为A.C.调制,且增加了偏振测量校正系统.其机械,电控设计和加工于2000年2月完成,3月完成了光学调试,4月上旬完成了偏振解调和图像处理的软件编制.自2000年4月下旬以来,对23周峰年出现的部分活动区进行了较为成功的斯托克斯光谱测量,其偏振测量精度可达2×10-3,已接近国际水平,为该团组开展的课题研究打下了良好的基础.以此望远镜与怀柔观测基地太阳磁场望远镜相配合,将使我国太阳矢量磁场和速度场的研究更上一个台阶.给出了偏振测量的具体方法和部分测量结果.尽管取得了以上的成绩,但在近期内将对该偏振测量方式作进一步改进,用双光束分析代替单光束分析,使偏振测量精度提高到5×10-4,从而使之不仅能在活动区而且也能在宁静区得到矢量磁场的信息,不仅如此,还可对太阳第二光谱进行测量,提高我们依托该望远镜进行研究的广度和深度.     

恒星干涉测量中光的偏振效应

恒星光学干涉仪中两光路的偏振特性是影响其干涉条纹对比度的主要因素之一。偏振效应包括由于反射产生的位相延迟和光的振动方向的旋转，并可能严重降低干涉条纹对比度，本文分析了偏振效应的产生原因和对干涉仪的影响，给出了三种典型的干涉仪光路布置，这些布置具有最小的条纹对比度损失。     

分光仪PSP0的偏振器设计与实验

本文介绍人光仪ＰＳＰ０ 的偏振器设计和实验结果。偏振器设计为旋转半滤片加固定偏振片的系统,但在选用偏振器件方面提出了两种方案。对于低价设计的实验结果表明,偏振器可在４３０７８０ｎｍ 波长范围内工作,能够实现ＰＳＰ０ 在其最佳工作波长的偏振测量。     

太阳斯托克斯偏振诊断术

首先叙述日面磁场中目前仪器分辨不出的精细结构存在的主要证据和这种结构对矢量磁场测量造成的巨大困难，并论述斯托克斯偏振量度学对克服这个困难所能发挥的作用，其次，我们全面介绍这门新兴学科的核心内容，即探测磁元右磁流管的性质和物理参数的各种诊断技术，在“结束语”中，我们讨论这些技术目前的局限性，困难问题和今后的发展动向。     

恒星干涉测量中光的偏振效应

恒星光学干涉仪中两光路的偏振特性是影响其干涉条纹对比度的主要因素之一．偏振效应包括由于反射产生的位相延迟和光的振动方向的旋转，并可能严重降低干涉条纹对比度．本文分析了偏抓效应的产生原因和对干涉仪的影响，给出了三种典型的干涉仪光路布置，这些布置具有最小的条纹对比度损失．     

分光仪PSP0的偏振器设计与实现

本文介绍了光仪ＰＳＰ０的偏振器设计和实验结果。偏振器设计为旋转半滤片加固定偏振片的系统,但在选用偏振器件方面提出了两种方案。对于低价设计的实验结果表明,偏振器可在４３０－７８０ｎｍ滤长范围内工作,能够实现ＰＳＰ０在其最佳工作波长的偏振测量。     

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。     

分子云磁场与尘埃导致的偏振

磁场对分子云及其中的恒星的形成和演化起到重要的作用.分子云磁场的探测方法主要是谱线塞曼效应、尘埃热辐射的偏振,以及谱线的线偏振观测.利用谱线的塞曼效应可以直接测量视线方向的磁场强度.尘埃热辐射偏振可以有效地示踪磁场方向在天球上的分布.分子云内部的磁场会受到不同物理过程的影响.高分辨率观测可以研究磁场扰动的细节,低分辨率观测可以得到分子云甚至银河系大尺度磁场的宏观信息.只有多波段的观测才能全面地认识分子云磁场与各种物理过程的联系.该文对分子云尘埃热辐射偏振的观测情况做了调研,总结了分子云大尺度磁场的研究现状和发展前景.     

红外相机OASIS的偏振器设计

介绍为日本冈山天文台１．８８ｍ镜红外相机（ＯＡＳＩＳ）研制的红外偏振器．该偏振器与ＯＡＳＩＳ配备可实现～４．１′视场的近红外成像偏振观测．偏振器包括可旋转的消色差半波片和固定的致冷偏振片,通过旋转半波片对入射光的调制取得线偏振测量．实际观测给出ＪＨＫ波段的偏振效率分别为８６．３％、９７．０％和９７．５％．并给出了ＯＡＳＩＳ偏振观测与前人观测结果的比较     

射电脉冲星的偏振特性与逆康普顿散射（ICS）模型

大量射电脉冲星的偏振观测－包括红偏振和圆偏振，个别脉冲的生直偏振模式，累积脉冲的消偏振现象等－为辐射区的物理状态和辐射提供了非常确切的观测事实，但现有理论对大从观测事实尚无法给出完整的说明，综述了脉冲星的偏振观测特征，并利用逆康谱顿散射模型对这些特性进行了解释。     

太阳散射偏振研究进展

太阳磁场的诊断对研究太阳物理有着重要的意义。近几十年,许多科学家利用汉勒效应(Hanle effect)进行诊断弱磁场的研究。而利用汉勒效应诊断弱磁场,需要对偏振的产生机制有一个完整的理解。直到近年来,随着技术的发展,对偏振的测量精度达到10~(-5)的ZIMPOL(Zurich Imaging Polarimeter)获得以斯托克斯参量Q/I为表征的第二太阳光谱(second solar spectrum),展现丰富的散射偏振特征,促进了偏振研究的蓬勃发展。通过对第二太阳光谱的研究,使我们对偏振产生机制理解得更为透彻,从而使利用汉勒效应诊断弱磁场逐渐成为可能。主要介绍了用量子电动力学为基础的密度矩阵来研究偏振光谱产生的物理过程,并简要介绍了近年有关在第二太阳光谱和汉勒效应研究的一些进展。     

射电源法拉第旋率观测效应的模拟研究

由于受射电望远镜分辨率的限制,观测视线方向上可能有多源重叠现象.观测目标源的法拉第旋率(rotation measure,RM)及偏振角(polarization angle,PA)的测量值就会受到方向束内其它背景射电源的影响.通过模拟研究发现,背景射电源对目标源偏振参量测量的干扰形式与干扰源的RM值有关.只运用两三个...     

近红外偏振观测在恒星形成研究中的应用

近红外偏振是研究恒星形成的有效工具.该文介绍了近红外偏振器的工作原理,然后分几个方面介绍了近红外偏振在恒星形成研究中的应用.红外反射云能很好地示踪年轻星天体及分子外流,通过分析偏振矢量的方法确定红外反射云的偏振对称中心,从而确定它的照亮源;偏振波长相关曲线包含了年轻星天体的星周物质的很多信息;年轻星的分子外流导致了红外反射云的形成,因此红外反射云的照亮源通常与年轻星天体成协,并是分子外流的驱动源;一些年轻星天体埋藏得很深,一般在近红外波段无法直接探测到,人们称之为深埋源,通过分析偏振矢量的方法可以找到深埋源;一般认为比较年轻的年轻星天体都是有尘埃盘的,尘埃盘的存在会导致它的偏振形态出现偏振盘,偏振盘町以用来研究尘埃盘;恒星形成区里成员星的偏振主要是由尘埃的二色性消光产生的,这样偏振方向会平行于致使尘埃排列的磁场的方向,从而能够揭示磁场的结构.最后进行了总结,并论述了中远红外偏振研究的优势和意义.     

致密陡谱源1150＋497的VLBI偏振性质

利用美国甚长基线干涉阵对致密陡谱源1150+497进行双波段全偏振观测,获得该源在5GHz和8GHz波段的偏振流量和偏振矢量分布结果,发现该源偏振主要集中在核心处,并通过对三个频率偏振角的拟合,首次获得了源1150+497毫角秒尺度的旋转量约为66 rad/m2.移去旋转量后,获得该源毫角秒尺度的内禀磁场分布,显示磁场矢量与喷流方向一致.     

2006年3月29日日全食白光日冕偏振测量

报告了在埃及赛路姆观测到的2006年3月29日日全食白光偏振测量的基本结果.我们使用的是一架便携式反射望远镜,焦距为640mm(F/D=8).在物镜前方安置可旋转线偏振片,每次旋转角度45°,终端为尼康数码相机.观测过程中,改变曝光时间并旋转偏振片,总共获取20张数码照片.文中讨论并呈现了介于 1.3 R⊙＜r ＜3.0 R⊙范围内的白光偏振方向和偏振度的大小分布.     

太阳射电精细结构高时间高频率分辨率观测研究

本文对太阳射电精细结构这一领域进行了较为详尽深入的调研，发现由于观测仪器技术指标（时间、频率、频率覆盖、偏振、灵敏度等）相对不高，有很多的精细结构，在时间上、在频率上并没有被完全分解开来，或是没有被检测到。对FFS的研究，还处于发现－认识－逐步深化的阶段。观测资料还很单薄。在微波高端（厘米波段），精细结构的观测资料更是很少。另外，对FFS也只是有一个侧重频谱形态的分类。本文利用我国的“太阳射电宽带快速频谱仪”的观测资料，几年来，对微波频段的射电快速精细结构进行了较为深入的研究。主要研究结果有：发现了弱偏振微波尖峰辐射中两个偏振分量之间的时间延迟和偏振反转现象；首次发现了微波（短分米波段）高偏振U型爆发并给出解释；首次发现了厘米波N型和M型爆发并给出解释；首次发现了高偏振微波斑点并给出解释；首次利用甚高频率分辨率频谱仪，通过对大样本的分米波尖峰辐射的统计，给出了更为可靠的、更小的相对带宽的下限；结合高空间分辨率的观测资料，对运动Ⅳ型爆发及其伴生的精细结构作了探讨；对双向电子束的起源及其加速位置进行了研究。     

弱偏振器件Mueller矩阵测量的校准及应用

1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope,NVST)的高分辨磁像仪采用了同步重建技术,其中用到了分束镜。分束镜从设计上一般会进行偏振优化,尽量减小偏振效应,但还是不可避免地对太阳磁场的偏振测量造成影响,因此,对分束镜偏振特性的测量是1 m太阳望远镜进行太阳磁场偏振测量的必需步骤。运用空气Mueller矩阵校准法对Mueller矩阵测量结果进行了校准,测量了两块用于磁场偏振测量的分束镜样品,比较了不同分束镜方案的Mueller矩阵及其对偏振测量的影响,并测量了平板玻璃的Mueller矩阵随入射角变化的结果,比较测量结果与理论值之间的偏差,利用空气Mueller矩阵进行校准后测量系统达到5×10~(-3)的Mueller矩阵测量精度。