FASOT-2望远镜的宽波段偏振分析器的设计与实测
文献类型：学位论文
| 作者 | 万凡
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| 答辩日期 | 2023-07-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 屈中权 ; 钟悦 |
| 关键词 | FASOT-2 望远镜 宽波段偏振分析器 高偏振测量效率 波片延迟量测量 Mueller 矩阵测量 |
| 学位专业 | 天文技术与方法 |
| 其他题名 | Design and Measurement of the Polychromatic Polarimeter for the FASOT-2 Telescope |
| 英文摘要 | 太阳大气矢量磁场的精细研究对分析太阳大气各种剧烈活动的产生与联系具有重要意义。目前对于磁场的精确测量主要是基于塞曼效应与各种磁光效应对目标源的磁敏线进行高精度的偏振测量。为了获得高精度的磁场信息，太阳物理学家们对望远镜的偏振测量精度提出了较高的要求。目前国内外主流的太阳光学望远镜的偏振测量精度普遍都在 10−3 ∼ 10−4 量级，若想在此基础上进一步提高望远镜的偏振测量精度，则需要对望远镜的各子系统可能引入的偏振 测量误差进行更精细的分析并加以抑制。 中国科学院云南天文台正在研制的第二代光纤阵列太阳光学望远镜 (Fiber Array Solar Optical Telescope of the second generation,FASOT-2) 致力于同时测量待测目标源的二维平面偏振信号与不同大气深度的磁敏线偏振信号，且偏振测量精度要求达到 8 × 10−4 量级。为了达到如此高的偏振测量精度，对 FASOT-2 望远镜的各子系统可能引入的偏振测量误差均需要精细的计算并加以抑制。而偏振测量系统作为望远镜的核心系终端设备之一，对偏振分析器的偏振性能进行详细的分析是十分有必要的。本文立足于 FASOT-2 望远镜的偏振测量系统主要进行了以下三个研究工作。 1.设计了一款宽波段的高偏振测量效率的双光束偏振分析器，满足了FASOT- 2 望远镜对分布在500nm∼900nm 的目标磁敏线同时进行高精度测量的科学目的。在整个波段内各磁敏线的偏振测量效率满足 / ≥ 0.5， / ≥ 0.51， / ≥ 0.52， ≥ 0.98，且各偏振分量的效率平衡也得到了保证，有效的抑制了接收光强误差引入的偏振测量误差。并且设计的偏振分析器采用非消色差波片作为偏振调制器实现消色差特性，避免了使用液晶材料 (FLC、LCVR) 作为调制器对环境温度或外加电压敏感的缺陷，其稳定性更高，但不可避免的会牺牲一 定的时间分辨率。也避免了采用超消色差波片作为偏振调制器其延迟量在宽波 段范围内不准确引入的偏振测量误差。设计的双光束偏振分析器整体结构简单、 稳定性高、抗干扰性强、维护简单。且该偏振分析器还采用约化偏振光学开关进 行偏振调制，可同时极小化大气视宁度 Seeing 与双光束路径增益因子不同引入 的偏振测量误差。此外，采用偏振分析器与定标单元相结合的定标方式，极小化望远镜引入的附加偏振，进一步提高望远镜的偏振测量精度。2. 对构成宽波段偏振分析器与偏振定标单元的非消色差波片的性能参数如 延迟量 与快轴方位角 进行精确的测量并加以校正，消除由于光学元器件制 造缺陷引入的偏振测量误差。本文在拟合光强法的基础上结合光谱分析法设计了一套测量系统，对延迟量分布在 0 ∼ 2 范围内的非消色差波片均能实现高精度的测量。 利用拟合光强法测量延迟量 ≠ 的波片其测量精度比传统的光强法高一个数量级以上。并在此测量系统上结合光谱分析法可克服光强法不能测量波片延迟量在 附近的缺陷，对于延迟量在 附近的波片，光谱分析法的测量精度很高。利用该测量系统对组成宽波段偏振分析器与偏振定标单元的非消色 差波片进行精确的测量定标。3. 将组装成功的偏振分析器安装到望远镜的后端之前，在实验室对其偏振 测量效率进行实际测量。在排除了 FASOT-2 望远镜其它子系统可能耦合进的偏振测量误差，单独对偏振分析器自身的性能进行定标，测量其实际测量效率并与理论值进行对比，定量的分析可能由于安装误差引入的测量误差并加以校正。对宽波段偏振分析器的偏振测量效率的实测方法研究是基于对偏振分析器处于某 一波长点某一调制态下 Mueller 矩阵的测量。通过测量偏振分析器处于不同调制 态的 Mueller 矩阵，得到调制矩阵 ，再通过对调制矩阵求广义逆矩阵得到解调矩阵 ，最终得到偏振分析器处于某一 波长点的实测偏振测量效率 ( / ， / ， / ， )。即可测量出偏振分析器在各波长采样点的偏振测量效率。由实测结果可知，在排除望远镜其它子系统的误差干扰后，偏振分析器自身的偏振测量效率与 理论设计值偏差很小，且偏振分析器自身对于元器件的安装误差不敏感，整个偏 振测量系统引入的偏振测量误差较小。因此偏振测量误差来源分析及抑制可能 更着重于 FASOT-2 望远镜其它子系统。本文的研究工作完成了 FASOT-2 望远镜宽波段高偏振测量效率的双光束偏 振分析器的设计，偏振测量系统所使用波片的延迟量的精确测量与偏振分析器 的偏振测量效率的实测定标。为 FASOT-2 望远镜实现宽波段高精度偏振测量的 科学目的踏出了重要的一步。关键词： FASOT-2 望远镜，宽波段偏振分析器，高偏振测量效率，波片延迟量 测量，Mueller 矩阵测量 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 0 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/26399]  |
| 专题 | 云南天文台_光纤阵列太阳光学望远镜研究组 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 万凡. FASOT-2望远镜的宽波段偏振分析器的设计与实测[D]. 北京. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：云南天文台
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