【摘要】：對(duì)近鄰星系而言,紫外光譜是研究大質(zhì)量恒星形成區(qū)域、寬吸收線等的特別波段。紫外的三維光譜觀測(cè)無論對(duì)近鄰星系還是對(duì)z~1-2的高紅移星系都具有十分重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值�？臻g分辨的光譜采用積分視場(chǎng)單元技術(shù)(IFU)獲得,組裝在積分視場(chǎng)攝譜儀(IFS)上,結(jié)合了光譜和成像功能。集中在紫外的IFU/IFS觀測(cè)則可以為我們提供對(duì)星系演化有關(guān)鍵指示意義的參數(shù),目前國(guó)際上已有的IFU/IFS觀測(cè)波段主要集中在光學(xué)和紅外,而紫外IFU/IFS方面的信息相對(duì)比較匱乏。本文深入研究了紫外積分視場(chǎng)單元技術(shù),結(jié)合高分辨率紫外成像光譜技術(shù),設(shè)計(jì)并研制了一套紫外積分視場(chǎng)光譜成像系統(tǒng)。本文的主要研究工作以及獲得的成果如下:(1)充分調(diào)研了國(guó)內(nèi)外積分視場(chǎng)單元技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),針對(duì)積分視場(chǎng)單元和高分辨率成像光譜等關(guān)鍵技術(shù)展開了研究。根據(jù)科學(xué)需求和積分視場(chǎng)光譜成像原理確定了系統(tǒng)參數(shù);完成了高分辨率紫外積分視場(chǎng)光譜儀的總體方案設(shè)計(jì);完成了高分辨率紫外積分視場(chǎng)光譜儀中的關(guān)鍵技術(shù)研究。(2)本文完成了規(guī)模為8×8的驗(yàn)證IFU設(shè)計(jì)。比對(duì)了IFU的三種方式,綜合考慮紫外波段的光學(xué)效率、加工難度、制造周期以及制造成本等因素,采用裸光纖束的簡(jiǎn)化方法。光纖堆疊成二維矩陣對(duì)望遠(yuǎn)鏡后焦面上的目標(biāo)像進(jìn)行分割采樣,IFU輸出端光纖排成一列,將采樣光束送入光譜儀進(jìn)行分光。(3)本文完成了高分辨率紫外成像光譜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過對(duì)棱鏡和光柵兩種分光形式的比對(duì),本設(shè)計(jì)選擇采用光柵分光的形式。對(duì)兩種成像光譜結(jié)構(gòu):Dyson和Offner同心結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和比對(duì),采用的是基于凸面光柵Offner成像光譜系統(tǒng)的改進(jìn)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)不僅具備Offner結(jié)構(gòu)高像質(zhì)、低譜線彎曲和色畸變、易裝調(diào)的優(yōu)點(diǎn),還實(shí)現(xiàn)了高分辨率、系統(tǒng)小型化等特點(diǎn)。(4)根據(jù)Offner同心結(jié)構(gòu)和凸面光柵的衍射特性,設(shè)計(jì)了一種利用干涉儀對(duì)Offner同心三反結(jié)構(gòu)以及帶彎月校正透鏡的Offner優(yōu)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行高精度裝校的方法,并完成分光系統(tǒng)的裝校。(5)采用汞燈作為定標(biāo)光源,完成系統(tǒng)光譜定標(biāo)。采用紫外增強(qiáng)型氙弧光燈作為光源,采用幾種靶標(biāo)作為面源目標(biāo)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行光譜成像實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理和分析。結(jié)果表明,不同光纖之間的光譜信息一致性較好,整體系統(tǒng)均能正常工作,并較好地獲取面源目標(biāo)不同位置的光譜數(shù)據(jù)。使用單色儀作為光源,完成系統(tǒng)光譜分辨率測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,在322-400nm波段內(nèi)光譜分辨率為0.5nm。本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要有:(1)提出了基于光纖束的紫外積分視場(chǎng)光譜系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,率先對(duì)紫外積分視場(chǎng)光譜系統(tǒng)進(jìn)行了探索性設(shè)計(jì)和測(cè)試驗(yàn)證,研制了一套高分辨率紫外積分視場(chǎng)成像光譜系統(tǒng),目前國(guó)內(nèi)還鮮有對(duì)紫外積分視場(chǎng)光譜儀的報(bào)道。該系統(tǒng)工作波段為250-400nm,光譜分辨率為0.6nm,空間角分辨率為21.6”×21.6”,總視場(chǎng)為172.8”×172.8”。(2)完成了高分辨率紫外Offner凸面光柵成像光譜子系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),設(shè)計(jì)了一套紫外成像光譜組件,不僅具備Offner結(jié)構(gòu)高像質(zhì)、低譜線彎曲和色畸變、易裝調(diào)的優(yōu)點(diǎn),還實(shí)現(xiàn)了高分辨率、系統(tǒng)小型化等特點(diǎn)。分光系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為0.14,光譜分辨率為0.6nm。(3)完成了紫外積分視場(chǎng)單元設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),分析了不同類型的積分視場(chǎng)單元的特點(diǎn)和紫外波段對(duì)IFU光學(xué)效率的影響,設(shè)計(jì)了一套適用于紫外波段的積分視場(chǎng)單元。驗(yàn)證紫外IFU的規(guī)模為8×8,填充因子為74.6%。
【圖文】：

圖1.4 TIGER 原理Fig 1.4 TIGER principle威廉·赫歇爾望遠(yuǎn)鏡（William Herschel Telescope）上的roscopic Areal Unit for Research on Optical Nebulae，SAURON，透鏡陣列技術(shù)，將一組小透鏡陣列放置在望遠(yuǎn)鏡焦面處，把面單元像，本質(zhì)上相當(dāng)于像素。這個(gè)微透鏡陣列所產(chǎn)生的所有單，色散為相應(yīng)的光譜，然后將其饋送到相機(jī)成像，從而產(chǎn)生每譜。并基于 TIGER 原理，如圖 1.4 所示。索倫儀不僅是全景，而且也是一個(gè)科學(xué)工程。主要是為了 3D 觀測(cè)，了解橢圓和

天文望遠(yuǎn)鏡紫外積分視場(chǎng)光譜技術(shù)研究。觀測(cè)位于橢圓星系、透鏡星系、Sa 星系集群附的是為了確定星系的固有形狀，，軌道結(jié)構(gòu)，恒星和黑洞核的運(yùn)動(dòng)頻率。積分視場(chǎng)儀能測(cè)繪出連接態(tài)學(xué)的測(cè)量。目前，索倫儀已經(jīng)揭示了意想不到的學(xué)和早型星系的線強(qiáng)度分布。赫歇爾望遠(yuǎn)鏡上的 INTEGRAL 使用的是光纖束技術(shù)通過目標(biāo)光束由光線陣列所捕獲。光纖的一端被光纖的光譜信息。INTEGRAL 對(duì)星系運(yùn)動(dòng)的研究果，如在 M100 的中心地區(qū)的非圓運(yùn)動(dòng)和銀河風(fēng)，的擴(kuò)展發(fā)射弧。三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)束的 INTEGRAL 配置如圖
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P111

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2609996