红外波段太阳观测技术方法研究

1m红外太阳塔是我国未来重点发展的地面太阳观测设备，本文的所有工作均围绕着与此相关的红外波段太阳观测技术方法展开。1．针对望远镜实验平台－云台太阳光谱仪，建立了光谱仪分光流量,工用多种实验手段验证了其可靠性。利用该模型计算了Fe Ⅰ1.56μm红外太阳光 谱的分光流量，分析了实验观测的可行性及改进方案。2．针对探测器实验平台－PtSi红外焦平面阵列相机，建立了FeⅠ1.56μm光谱观测信噪比模型，模拟了各种噪声对观测的影响。在此基础上，在国内首次成功进行了FeⅠ1.56μm红外太阳光谱的面阵观测实验。3．在红外观测实验所处的高背景低对比度条件下，讨论了红外太阳光谱观测的图像处理方法，分析了观测中出现的干涉条纹的来源及解决办法，初步建立起了一整套红外太阳光谱与成像的定标方法和图像处理方法。4．首次利用PVA材料，设计研制了一套FeⅠ1.56μm近红外Stokes参量偏振仪，并将该偏振仪安装在美国国立天文台McMath望远镜上进行了观测实验。针对一太阳黑子，通过扫描进行了二维的Stokes参量观测。同时建立了一套从Stokes参量反演磁矢量场的方法，并将反演的结果与怀柔太阳磁场望远镜的观测结果进行了比对。5．针对1m红外太阳塔的太阳光谱仪系统，给出了垂直多波段光谱仪和红外大色散光谱仪的光、机初步设计。6．针对1m红外太阳塔的科学目标，提出了多波段光谱仪探测器系统方案，对红外大色散光谱仪所使用的红外探测器也进行了初步方案设计。     

红外波段太阳观测技术方法研究

1m红外太阳塔是我国未来重点发展的地面太阳观测设备 ,本文的所有工作均围绕着与此相关的红外波段太阳观测技术方法展开。1 .针对望远镜实验平台—云台太阳光谱仪 ,建立了光谱仪分光流量模型 ,并用多种实验手段验证了其可靠性。利用该模型计算了FeⅠ 1 .56μm红外太阳光谱的分光流量 ,分析了实验观测的可行性及改进方案。2 .针对探测器实验平台—PtSi红外焦平面阵列相机 ,建立了FeⅠ 1 .56μm光谱观测信噪比模型 ,模拟了各种噪声对观测的影响。在此基础上 ,在国内首次成功进行了FeⅠ1 .56μm红外太阳光谱的面阵观测实验。3 .在红外观测实验所处的高背景低对比度条件下 ,讨论了红外太阳光谱观测的图像处理方法 ,分析了观测中出现的干涉条纹的来源及解决办法 ,初步建立起了一整套红外太阳光谱与成像的定标方法和图像处理方法。4 .首次利用PVA材料 ,设计研制了一套FeⅠ 1 .56μm近红外Stokes参量偏振仪 ,并将该偏振仪安装在美国国立天文台McMath望远镜上进行了观测实验。针对一太阳黑子 ,通过扫描进行了二维的Stokes参量观测。同时建立了一套从Stokes参量反演磁矢量场的方法 ,并将反演的结果与怀柔太阳磁场望远镜的观测结果进行了比对。5.针对 1m红外太阳塔的太阳光谱仪系统 ,给出了垂直多波段光谱仪和红外     

1米太阳望远镜光谱仪像旋转及消旋控制

光谱仪是1 m太阳望远镜的主要终端设备之一,该望远镜采用地平式的机架结构和修正的格里高利光学系统。在望远镜跟踪太阳时,由于地平式望远镜的自身运动特点和光学系统中平面反射镜的存在,其光谱仪狭缝所在平面上的太阳像随时间绕主光轴旋转,因此光谱仪必须进行消旋才能正常工作。首先深入研究了光谱仪狭缝平面上像的旋转变化,分析其旋转范围、速度和加速度随时角变化的特性,然后根据光谱仪消旋精度并结合像的旋转特性提出伺服系统位置检测和驱动电机的主要性能指标,最后给出光谱仪消旋伺服控制方案。     

一米新真空太阳望远镜光谱扫描观测系统设计

1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope,NVST)是国内用于对太阳进行观测和研究的大型科研设备,针对太阳活动区光谱观测的需求,在现有的大色散光谱仪及多波段光谱仪基础上,设计了光谱扫描设备,并基于C#设计了一套观测控制系统软件,实现扫描设备的运动控制和观测数据的采集。进行光谱扫描观测时,计算机控制扫描设备步进运动,并利用图像采集卡通过Camera Link总线采集CCD/CMOS相机的探测数据,基于多线程技术采集观测数据,将采集的图像数据存储成FITS(Flexible Image Transport System)文件,并将光谱图像数据处理成灰度图像用于软件界面监视。此套软件已用于1 m太阳望远镜光谱扫描观测,测试结果满足预期功能需求,为后续观测系统功能升级提供了良好的扩展性。     

太阳光谱仪用探测器的研究

观测太阳光谱所使用的探测器,在选型与使用上有其特殊性。结合云南天文台太阳光谱仪,首先建立了太阳光谱仪分光流量的计算机模型,并通过观测实验对该模型进行了检验。利用该模型计算了云南天文台太阳光谱仪各可见光及近红外波段的太阳光谱分光流量,在此基础上,详细讨论了太阳光谱仪用探测器的选型方案,以及观测中的注意要点。     

抚仙湖1米新真空太阳望远镜空间二维偏振光谱观测模式的设计与实现

作为抚仙湖1 m新真空太阳望远镜的观测终端之一,多波段光谱仪需具备2种观测模式:空间二维扫描观测及偏振光谱测量,从而实现诊断太阳矢量磁场及其动力学特征的科学目标。首先明确观测模式对3大重要光电机构(空间扫描机构、偏振分析器和仪器偏振定标机构)的基本要求;其次从实测太阳物理需要出发,分析这些要求的具体实现方法(连续式或步进式)、控制精度(10~(-2)或10~(-3))以及信噪比提高方法(多帧叠加或多组叠加)等;最后给出多种观测模式的流程图,并将不同观测模式集成于一个采集控制程序之中,投入实测,分别进行多组活动区二维空间扫描观测和黑子偏振光谱测量,取得了较好的结果。     

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′.     

一米新真空红外太阳望远镜多波段光谱仪光谱弯曲分析

在太阳长狭缝光谱观测中,光谱的狭缝方向和色散方向应该分别与CCD探测器的两个边缘平行。但实际上,由于狭缝、光栅、CCD探测器的机械安装精度等原因,会造成他们之间的位置关系不匹配,导致得到的太阳光谱总是存在一定的倾斜和变形。即使有时这些倾斜很微小,也会对太阳光谱的平场计算造成严重影响,从而影响整个光谱数据的处理过程。对抚仙湖1 m新真空红外太阳望远镜多波段光谱仪得到的一组Hα光谱数据的倾斜量做了测量和分析,并讨论了其对太阳光谱平场计算的影响。     

一米新真空太阳望远镜多波段光谱仪杂散光及空间PSF的测量

杂散光由于光学表面散射和地球大气散射引起,降低了光谱图像的空间分辨率。光学系统都存在杂散光,要获得高分辨的光谱图像需要对杂散光进行抑制。多波段光谱仪的杂散光分为两类:(1)光谱桶内由于光机结构引起的杂射光;(2)混在成像光路中并参与色散的杂散光。第1种杂散光可直接测量,约占光谱能量的3%左右。第2种杂散光由于受多种因素影响,所以很难精确测量。从日食光谱测量中测得在观测目标周围对目标产生的杂散光的下限约为10%,并对空间方向的点扩散函数进行测量,为光谱的高分辨重建提供参考。     

一米望远镜低色散光谱仪试验

本文介绍了云南天文台一米望远镜附属的一台低色散光谱仪实验装置,介绍了该装置的设计原理、系统结构参数及试观测情况,并讨论了存在的问题和解决问题的设想。我们已用该装置观测到19m左右的具有大红移的类星体光谱。该类低色散光谱仪,将为我国星系研究工作者提供实测条件。     

NVST垂直双光谱切换扫描系统

1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope, NVST)的科学目标之一是对太阳活动区域进行二维光谱扫描观测。基于1 m新真空太阳望远镜多波段光谱仪(Multi-Band Spectrometer, MBS)和大色散光谱仪(High Dispersion Spectrometer, HDS)提出了垂直双光谱切换扫描系统,可实现相互垂直的两个光谱仪的光谱扫描观测任务,并实现两个光谱仪之间的切换。分析了光谱扫描观测的原理和过程,结合终端仪器系统的具体构造,完成了扫描系统的光机结构设计和装调分析,并对扫描系统进行了性能测试,包括系统稳定性、扫描直线度以及扫描步幅精度。测试结果满足预期功能需求和精度要求,为后续1 m新真空太阳望远镜进行常规光谱扫描观测提供了支持。     

1米太阳望远镜光轴变化实测

针对1 m太阳望远镜导星镜光轴与望远镜光轴在跟踪过程中的相对变化对光电导行系统的影响,从数值模拟和实测两方面进行了深入分析.首先介绍1 m太阳望远镜及其光电导行系统的基本结构,并建立主镜镜筒的基本有限元模型,分析弯沉随镜筒指向高度的变化规律,模拟有弯沉存在时引入的跟踪误差及变化规律.然后根据该望远镜的系统结构,提出了望远镜光轴相对于导星镜光轴变化的实测方法.最后通过实测数据获得了望远镜光轴相对于导星镜光轴变化随镜筒指向高度的变化规律.     

云南天文台太阳望远镜光学系统的光学传递函数检验

摘要：给出了太阳光谱望远镜光学系统成像质量的测定方法．以及给出了我们用星光作为目标来测定望远镜光学系统传递函数时必须考虑的条件和理论基础。实测结果给出望远镜空间分辨率的上限为0．6“，95％光能集中度在1．2“以内。     

活动色球双星HR1099近红外分光光度观测

本文发表了强活动色球双星ＨＲ１０９９（＝Ｖ７１１Ｔａｕ）在１９８９年１２月特大能量白光耀发前后的近红外分光光度观测结果，给出该星从２．３－４．１μｍ首次ＣＶＦ低色散光谱，以及耀发前后的变化；计算了同期观测到的子星表面黑子的影响，给出双星黑体近似辐射能谱，并与多波段测光以及ＩＲＡＳ观测作了对比，揭示了该双星有很强的星周物质的２．３μｍ发射带和３．１μｍ波段吸收带特征，本文对可能的星周物质成分和分布亦作了初步讨论。     

太阳多波段同时快速扫描光谱仪

本文报告了云南天文台太阳多波段光谱仪通过技术改造把传统的光谱仪优点和二维单色像组成的视而光谱仪优点结合起来,采取高精度扫描方法同时获得10波段光谱,使之发展成为一种新型的光谱仪——太阳三维光谱仪。这种三维光谱仪的优点是可快速得到活动区中每一点多条谱线轮廓,从而得到它的物理量场,并且可观测这些物理量场时间和空间上的演化。 文中介绍了太阳多波段快速扫描光谱仪的光学系统和为实现三维观测而研制的可控制高精度45°镜转台,具有不同画幅面的专用照像机以及微机控制的自动化电器系统,望远镜电控系统。     

云南天文台1m望远镜暗天体分光仪和照相机

云南天文台1m望远镜终端之一的暗天体分光仪和照相机具有4种运行模式:缩焦照相机、无缝多目标光谱仪、有缝光谱仪和星冕仪。这4种运行模式能在几分钟的时间内相互转换,高效快速和灵活方便。该仪器的光学质量优秀,光学系统消像差,特别是消色差。由于光学系统消色差,所成像的低色散光谱在404.6～766.5nm全波段尖锐平直。在多色测光时,各测光波段的像面位置不变,同时兼有大视场的优点,可提高测光精度和测光效率。     

红外相机CASCAM光学设计

介绍紫金山天文台研制的光学-近红外相机CASCAM（Chinese Academy of Science，CAMera)的光学系统设计．CASCAM相机以红外列阵HAWAII-1和光学CCD为探测器，配备国家天文台兴隆观测站2．16米和1．26米望远镜进行0．4—2．5μm波长范围的成像和偏振成像观测．相机的光学系统由F／9→F／6缩焦系统和Offner反射成像系统构成．优化设计结果表明，光学设计方案已满足天文观测的要求．CASCAM相机在设计上实现了光学-近红外很宽波段的消色差变焦，并在楔形分柬片、常温滤光片轮和折射式焦面摆动技术等方面进行了新的尝试．     

云南天文台的太阳光学观测设备(英文)

云南天文台是参加日地系统整体行为研究计划的单位之一,有四套太阳光学观测设备参加日地大事件的联合观测。它们是:13cm折射望远镜、18cm耀斑巡视望远镜、26cm高分辨太阳光球色球望远镜和多波段太阳光谱仪。13cm折射望远望和18cm耀斑巡视镜分别进行黑子描绘、照相和耀斑巡视的常规观测。它们所得的资料供云南天文台《太阳活动月报》、《中国太阳物理资料》发表。耀斑资料还供SGD发表。黑子和耀斑的常规观测为太阳活动预报提供及时的信息和基础。 26cm高分辨真空太阳光球色球望远镜用于太阳活动区现象特别是耀斑现象的精细结构研究。在耀斑观测中常使用H_a的±0.5A,±1.0A对人观测,所得的耀斑偏带照片清楚显示耀斑的亮点和亮块相对于黑子的位置,在耀斑研究中十分有用。 多波段太阳光谱仪的供光定天镜口径40cm,成像镜30cm,太阳象有152.2mm和418.5mm两个交替使用,色散1A/mm,10个波段分别为H_a、D_(1,2,3),H_δ、HeⅡ、H_β、H_γ、H,K、H_(9-13)和H_(13-∞)。利用计算机控制45°转象镜精确地快速扫描太阳象并控制10个波段的同时照相,这样可以快速地记录活动区中每一点的多波段光谱轮廓,进而测定各种物理量、为研究活动区物理场的时空演化提供重要手段。     

2.4米望远镜主镜镀膜工艺的研究

利用国内首个自上向下热蒸发反射膜的大型镀膜机ZZS3200,开展了2.4 m望远镜主镜镀膜工艺的研究。从镀膜的环境控制,镀膜机蒸发源布置,保护膜的选择,旧膜脱膜等方面出发,探索一种适合2.4 m望远镜主镜的镀膜工艺流程,并依此完成2.4 m望远镜主镜镀带MgF2保护的铝反射膜工作。陪镀片检测表明,铝膜膜厚极大极小值差43 nm,主镜反射膜在350~1 100 nm范围内平均反射率87.16%,经2.4 m望远镜实测,镀膜完成后极限星等不低于23.5 mag,比镀膜前约提高1 mag。2013年12月17日,在2.4 m望远镜上,利用终端云南天文台暗弱天体分光及成像仪(Yunnan Faint-Object Spectrograph and Camera,YFOSC),使用棱栅Grism3分光,对超新星SN 2011fe(V波段19.5 mag)成功进行光谱观测。30 min单幅曝光,获得暗于19 mag天体的光谱,刷新了该类天体在国内观测的新的记录。该目标在光谱观测的同时有相应的测光数据以及测光标准星观测,因此星等测量误差小于0.1 mag,可以用于定量分析。     

太阳磁敏谱线的研究

本文综合介绍作者及其合作者们对太阳磁敏谱线的一系列研究结果。主要内容是在对磁敏谱线的Stokes参数转移方程组所得数值解的基础上,从下述诸方面研究太阳光谱磁敏线:(1)Stokes参数轮廓,(2)温度敏感度,(3)磁场增强量,(4)形成深度,(5)塞曼支线与Seares公式,(6)单色像,(7)不对称性与黑子磁场梯度,(8)与Alfven波的关系,(9)磁光效应,(10)由磁敏谱线的Stokes参数轮廓推求向量磁场信息的方法。最后,在“结束语”中对磁敏谱线研究的现状和今后趋势,提出一些概括性的意见。