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高采样效率积分视场光谱仪研制成功
2021-11-12  |  作者:  |  【  】 【打印】 【关闭

  近日,由中国科学院云南天文台FASOT团组钟悦高级工程师牵头承担的中科院院级科研仪器设备研制项目“高采样效率积分视场光谱仪”通过技术测试验收。 

  对于太阳二维空间和一维光谱的观测,传统滤光器等成像观测模式,可实现对观测目标全局性观测,但需要波长扫描来获取谱线轮廓从而得到观测区域准确的物理参量信息。而传统光谱仪狭缝观测模式,可以获得一维空间(狭缝)和谱线轮廓,但要对垂直于狭缝方向进行空间扫描来获得二维空间信息。两种方式很难适合对爆发活动的磁场和其他物理量进行高时间分辨率的精确观测。如果利用积分视场单元对观测目标进行图像分割,信号经过光纤传输,在信号出射端光纤被编织成一系列“赝狭缝”,将它们耦合进光谱仪进行色散,通过积分视场单元输入和输出端光纤对应关系以及光谱信息就能同时获得观测目标的二维图像和一维光谱信息,为实现高时间分辨率的精确观测提供了基础。 

  然而,积分视场单元技术的使用也有其一定的缺陷,一般来说,一个连续分布的二维空间包含了大量的空间点,因此会面临如何解决光纤数量以及赝狭缝数目很多的问题。传统光谱仪一般只有一条狭缝,因此要对二维空间包含大量采样点全部进行色散需要大量的光谱仪。另一方面,对一些相对简单的磁场测量,如太阳大气单一层次磁场的测量,人们只需要测量一条磁敏谱线及其邻近连续谱的斯托克斯光谱,因此所需色散的光谱范围很窄。 

  本项目正是针对上述情形,利用多狭缝结合窄带滤光片使用,实现一台光谱仪对7个狭缝同时进行色散,从而大大增加一台光谱仪可容纳的空间采样点,且7个狭缝色散后相邻狭缝光谱之间无叠加串扰;同时再结合受探测器靶面大小的制约而采用每条狭缝上下分段方案,进一步将光谱仪空间采样点提高一倍,从而实现一台光谱仪可以同时对数千根光纤(空间采样点)进行色散。由此大大提高积分视场光谱仪的空间采样效率,从而为积分视场单元进一步利用到天文望远镜提供了重要的技术保障。 

  本项目研制的高采样效率积分视场光谱仪属于中国科学院院级科研仪器设备研制项目。由于疫情影响,项目技术验收采取现场+腾讯会议线上评审模式。会上,项目负责人、云南天文台高级工程师钟悦在会上汇报了项目研制总体情况,回答了与会专家有关项目考核指标的问询,并进行了充分的讨论交流。在验收专家组审议确定技术测试大纲之后,现场专家考核仪器设备总体研制情况并现场测试,肯定了所研制光谱仪符合项目实施方案规定的系统功能和技术指标要求,一致同意通过技术测试验收。 

  该台光谱仪成为国内首台多狭缝积分视场光谱仪,未来将用于目前安装在中国科学院云南天文台丽江天文观测站的光纤阵列太阳光学望远镜FASOT-1B,为未来建设大型日冕仪COMPASS打下了技术基础。本项目的完成得到了中国科学院云南天文台丽江天文观测站的大力支持。 

图1 验收现场情况

图2 高采样效率积分视场光谱仪以及探测器

  图3 太阳可见光波段,上千个空间采样点(光纤)光谱图。色散沿着图中竖直方向,图中7个狭缝中每一条里面的一条(横向)黑线即为色散后的参照谱线。(由于目前可用于检测的积分视场单元中光纤有限,无法一次充满光谱仪所有狭缝,我们通过移动积分视场单元分别采得所有狭缝的光谱图再进行合成得到)

 

 
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