基于快速调谐滤光器的太阳大气谱线成像观测方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王希群
|
| 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 | 金振宇 ; 柳光乾 |
| 关键词 | 太阳谱线成像 液晶双折射滤光器 液晶相位延迟器 地基太阳望远镜 |
| 学位专业 | 天文技术与方法 |
| 其他题名 | Study on the Observation Method of Solar Atmospheric Spectral Imaging Based on the Rapid Tuning Filter |
| 英文摘要 | 太阳磁场及其变化是太阳爆发并导致灾害性空间天气的主要因素，高分辨率二维磁场是当今太阳物理研究不可缺少的数据。当前太阳磁场测量通常采用对磁敏谱线进行偏振测量方式实现，利用窄带滤光器及偏振分析器可获得太阳大气多波长偏振数据，且便于进行高分辨重建。复杂的大气湍流是地基大口径太阳望远镜进行高分辨观测时无法回避的问题，使用快速调谐滤光器对太阳大气谱线进行成像观测可以一程度上减小大气湍流的影响。液晶相位可变延迟器是一种电控双折射器件，使用该器件对双折射滤光器波长进行快速调节是一种有效方式。国内外均对基于液晶相位延迟器的窄带滤光器进行了研究。太阳光球磁敏谱线带宽极窄，因此需要滤光带宽在0.1Å左右。极窄的滤光带宽对多级液晶滤光器的设计、加工、装配、控制及定标提出了更严苛的要求。本文针对基于快速调谐滤光器的太阳大气谱线成像观测方法开展了研究工作，使用液晶相位可变延迟器实现了滤光器的快速调谐，并在 NVST 上进行实测应用。工作内容包括基于快速调谐滤光器的太阳磁场测量方法研究;多级液晶Lyot滤光器研制、定标及试观测;液晶相位可变延迟器的高精度定标等三个方面。这几个方面的研究为在大口径地基太阳望远镜上进行谱线成像观测提供了部分软硬件条件。本文的主要研究结果和创新如下：1、研制了FWHM为0.1Å的液晶Lyot滤光器。在Lyot型双折射滤光器的基础上，使用LCVR对各Lyot单元的透过带进行精确控制。文中对基于LCVR的Lyot滤光器进行仿真分析，并提出了多级液晶Lyot滤光器的波长定标方法，可实现多级滤光器的快速定标。完成了单级、两级及六级滤光器实验，实现了液晶滤光器的同步控制。并在光谱仪上对六级液晶滤光器中心波长进行对齐。针对光谱仪对滤光器透过带的展宽作用，通过仿真分析，结合不同狭缝宽度下的实测结果，证明该滤光器实际FWHM符合设计需求，为0.1024Å。控制滤光器透过带到不同波长位置，确定其最大定位误差为0.006Å。2、实现了多级液晶滤光器的同步控制，研制了多级液晶Lyot滤光器控制系统。分别在高分辨光谱仪及NVST的太阳光球窄带观测实验系统上实现了液晶Lyot滤光器高效精确控制。滤光器定标阶段与光谱仪探测器配合工作，实现高效波长调谐及光谱数据处理。滤光器试观测阶段通过时序控制，可稳定获得高质量太阳光强单色像。实现了多级液晶Lyot滤光器控制程序的封装，便于不同场景的使用。3、搭建了太阳光球窄带观测实验系统并进行太阳大气谱线成像观测。在NVST仪器平台搭建了用于验证同步重建、快速调谐Lyot滤光器、频率漂移校正等关键技术的实验系统，并进行多项实验。测试了液晶Lyot滤光器在不同光路下的光学性能，对相位差法进行波前探测进行了实验探索，实现了观测系统全视场频率漂移高精度测量，基于实验系统获得高质量太阳光球单色图像，并测量了视向速度场。测得的宁静区视向速度与同时刻HMI数据一致。4、研制了基于双旋转波片的Mueller矩阵椭偏仪并对LCVR进行精确测量。该系统可对LCVR驱动电压-相位延迟量进行高速、高精度定标。文中对测量系统的测量方案进行分析，并选用双旋转波片方式进行偏振调制。使用系统自定标方式对系统固有系统误差进行测量，并在样品测量过程中校准了这些误差影响。对用于波长调谐的LCVR进行实测，获得其相位延迟量的时间稳定性、空间均匀性及电控分辨率。实测结果表明，LCVR在24小时内延迟量变化小于0.2°；40*40通光孔径内延迟量均匀性PV值小于8.4°；电控分辨率为1mV，在2.5V及3.5V附近延迟量调节分辨率分别为0.177°和0.077°。此外，实测LCVR光学响应时间不大于40ms。5、提出了全视场系统频率漂移的在线测量方法。利用太阳大气谱线轮廓扫描，实现了观测视场范围内频率漂移的精细测量。不改变观测系统光路，利用观测谱线对全视场频率漂移进行测量，通过望远镜平场模式平滑观测目标的空间结构，使用高斯函数拟合方式测量每个视场处的频率漂移。基于该方法，在NVST仪器平台搭建实验光路并进行频率漂移实测，结果表明全视场的频率漂移测量误差小于0.13pm。系统频率漂移的静态误差接近二次曲面，与理论模型一致；在102”视场范围内，系统频率漂移静态误差幅度为1.6pm；多次测量频率漂移均值随地球自转变化，且与望远镜指向范围相关，需尽可能保证观测区域处于日面中心，减小太阳自转引入的误差。利用该方法对太阳光球观测系统频率漂移进行在线高精度测量，可用于校正太阳大气速度场及磁场测量过程中的光谱数据，提高其测量精度。 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 0 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/26410]  |
| 专题 | 天文技术实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王希群. 基于快速调谐滤光器的太阳大气谱线成像观测方法研究[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
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。