太阳CO 4.66μm光栅光谱仪的光学设计

为了实现对太阳中红外光谱CO 4.66μm波段的观测,设计了一台光谱中心波长为4.667μm的高分辨中红外光谱仪。基于科学观测需求分析了光谱仪的技术指标,为降低红外仪器的背景辐射,光谱仪整体置于真空制冷环境中;为达到高分辨率的观测需求,采用中阶梯光栅作为分光器件;为获得更优的像质,同时达到压缩光路的目的,光谱仪采用李特洛结构与离轴三反消像散技术相结合的光学设计,离轴三反同时承担了光谱仪中准直和成像的功能。在同轴三反系统的几何光学成像理论的基础上,研究了同轴三反结构、离轴三反结构以及光谱仪结构的求解和设计优化方法。光谱仪的焦距为1 300 mm,数值孔径为0.035,视场为20.3'×0.158',系统的整体尺寸小于700 mm。结果表明,在工作波段范围内,光谱仪点列图的均方根直径小于5μm,能量集中于一个像元尺寸范围内,光谱仪系统设计结果满足要求。

太阳CO 4.6微米红外成像观测

太阳红外光谱中蕴含着丰富的物理信息,其中CO 4.6μm波段是具有代表性的分子谱带,其形成于温度极小区附近,对研究太阳物理具有极其重要的意义。为获得CO 4.6μm波段太阳单色像,本文建立了一套全反射太阳红外成像观测系统。该系统采用定天镜跟踪引光,通过成像反射镜将太阳成像于3~5μm波段红外相机的焦平面上,该相机采用的是国产HgCdTe焦平面阵列器件。同时,为提高信噪比,提出了一种有效计算平场提取观测目标的方法,并利用该方法获得了CO 4.6μm波段的太阳单色像。

天文望远镜消旋K镜光学结构设计及分析

大型光学天文望远镜中存在由于不同坐标系转换造成的物方视场旋转和望远镜内部光路中折轴平面反射镜之间的相对转动造成的像方视场旋转。为了提高空间分辨率和获得稳定的图像,需要对视场旋转进行补偿(消旋)。采用K镜作为消旋器件,并通过矩阵方法分析其消旋原理及消旋条件,由此把K镜分为两种结构:对称式和非对称式。与棱镜类似,K镜对系统光轴和成像有影响。在设计时,K镜的口径、体积和角度需要考虑加工装调和望远镜整体光路的要求,在满足要求后,可进行一定的优化。用Zemax可实现对K镜的光学设计,最后用空间几何关系来计算装调误差,并利用MATLAB和Zemax得到误差分析结果。