專(zhuān)利名稱(chēng)：基于f-p標(biāo)準(zhǔn)具選支的原子濾光太陽(yáng)成像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支的原子濾光太陽(yáng)成像儀。
背景技術(shù)：
天文光譜中蘊(yùn)含著大量的宇宙和天體信息，現(xiàn)代天文學(xué)的進(jìn)展很大程度上依賴(lài)于光譜觀測(cè)、診斷和分析方法的進(jìn)展。通過(guò)對(duì)太陽(yáng)光譜的分析研究，可以得到太陽(yáng)大氣乃至其內(nèi)部的物理信息。其中，應(yīng)用最為廣泛的是太陽(yáng)高(光譜、空間、時(shí)間)分辨率成像觀測(cè)。通過(guò)對(duì)高光譜分辨率太陽(yáng)信息的觀測(cè)和研究，有利于加深對(duì)太陽(yáng)大氣和內(nèi)部物理過(guò)程的了解，發(fā)展更為精確的太陽(yáng)物理模型，也有利于深入了解太陽(yáng)劇烈活動(dòng)的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)、預(yù)測(cè)，從而減小太陽(yáng)劇烈活動(dòng)對(duì)地球和人類(lèi)活動(dòng)的影像。因此，對(duì)太陽(yáng)高光譜分辨率的觀測(cè)和研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用 價(jià)值，而且隨著現(xiàn)代太陽(yáng)物理的發(fā)展對(duì)高分辨率成像觀測(cè)的需求也越來(lái)越高。但實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)的高光譜分辨率成像觀測(cè)，都必須利用高光譜分辨率的光學(xué)色散器件。因此，對(duì)太陽(yáng)成像儀的研究，特別是光學(xué)色散器件的改進(jìn)是極其重要的。 基于原子濾光器的太陽(yáng)高譜分辨成像儀，利用原子濾光器穩(wěn)定度好、透射率高、帶外抑制強(qiáng)和可成像等諸多優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)開(kāi)展基于Na(589nm) 、 K(770nm)原子濾光器的高分辨太陽(yáng)多普勒成像觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光球和色球速度場(chǎng)的同時(shí)觀測(cè)。 其中，為了處理出速度圖像，要求原子濾光器能實(shí)現(xiàn)雙峰交替透射，S卩能夠?qū)崿F(xiàn)"選支"。目前國(guó)際上所采用的方法是偏振選支，即通過(guò)對(duì)左、右旋轉(zhuǎn)偏振控制實(shí)現(xiàn)雙峰交替。這種方法需要采用兩組原子泡和磁場(chǎng)。恒溫組件(相當(dāng)于兩個(gè)原子濾光器)，使系統(tǒng)偏于復(fù)雜，而且還會(huì)引入而外的雙折射效應(yīng)，影響系統(tǒng)的光譜分辨能力。 本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N采用F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支的方案，即用光譜選支代替偏振選支。由于系統(tǒng)的光譜分辨能力已有原子濾光器保證，F(xiàn)-P在這里的作用只是從兩支間距較大的高分辨率譜線中選出一支，故對(duì)其光譜分辨率的要求可大為降低，有利于簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本申請(qǐng)?zhí)岢龊线m的F-P標(biāo)準(zhǔn)具參數(shù)，使其透射和一直特性與原子濾光器協(xié)調(diào)，同時(shí)，解決了將F-P標(biāo)準(zhǔn)具的透射鎖定于原子濾光器的透射，實(shí)現(xiàn)兩者的穩(wěn)定匹配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支的原子濾光太陽(yáng)成像儀，采用F-P
標(biāo)準(zhǔn)具選支方法，獲得全日面的多普勒?qǐng)D像。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案 望遠(yuǎn)鏡、隔熱片、濾光片、原子濾光器、分束器、第一 F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器、第一 CCD、第二 F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器、第二 CCD及計(jì)算機(jī)； 其中，望遠(yuǎn)鏡、隔熱片、濾光片、原子濾光器、分束器、第一F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器、第一CCD依次同軸排列；
在分束器反射光軸的方向上依次同軸安裝第二 F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器、第二 CCD ;
第一 CCD、第二 CCD的輸出端分別與計(jì)算機(jī)連接。 所述的原子濾光器采用鈉原子濾光器、鉀原子濾光器、氦原子濾光器、鈣原子濾光器中的任一種。 所述鈉原子濾光器、鉀原子濾光器的透射譜型均為雙峰透射，透射峰的間距分別為20GHz和10GHz，透射帶寬均為2GHz。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果 1)大間距、高透射雙峰原子濾光器，可以有效解決太陽(yáng)原子的譜線明顯增寬的問(wèn)題； 2)改進(jìn)已有的"原子"選支方案為"光學(xué)"選支，不僅能使系統(tǒng)技術(shù)簡(jiǎn)化，提高其可靠性和使用方便程度，還能克服"原子"選支方案所導(dǎo)致的信號(hào)畸變和通道串?dāng)_，提高成像系統(tǒng)的性能； 3)利用F-P標(biāo)準(zhǔn)具與原子濾光器聯(lián)用的有利條件，計(jì)劃采用透射峰自動(dòng)鎖定的方法，將F-P標(biāo)準(zhǔn)具的透射鎖定在原子濾光器透射，有效地提高標(biāo)準(zhǔn)具的透射波長(zhǎng)穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明的基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支的原子濾光太陽(yáng)成像儀結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是雙峰原子濾光透射譜型圖。 圖3是原子濾光與F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支方案。 圖4是原子濾光雙峰與F-P標(biāo)準(zhǔn)具的配合。 圖5是由紅_藍(lán)峰強(qiáng)度像獲得速度像。 其中， 01-望遠(yuǎn)鏡，02-隔熱片，03-濾光片，04-原子濾光器，05-分束器，06-第一 F_P標(biāo)準(zhǔn)具選支器，07-第-CCD， 08-第二 F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器，09-第二 CCD， 10-計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施例方式
下面以具體實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明 本發(fā)明提出的基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支的原子濾光太陽(yáng)成像儀，采用一個(gè)原子濾光器和兩個(gè)F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支后，由CCD檢測(cè)出分光譜太陽(yáng)圖像，經(jīng)處理，可以獲得全日面的多普勒?qǐng)D像。采用F-P選支技術(shù)每次只讓原子濾光器的雙峰之一透射，可以分別獲得紅翼峰和藍(lán)翼峰的單獨(dú)太陽(yáng)圖像，兩者強(qiáng)度的差異代表著太陽(yáng)中原子吸收譜線相對(duì)于原子濾光器中原子透射譜線的多普勒頻移，即太陽(yáng)中原子相對(duì)于濾光器中原子的運(yùn)動(dòng)。采用兩組F-P光譜選支器，比傳統(tǒng)的偏振選支結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免受到雙折射效應(yīng)的影響。此外，本發(fā)明同時(shí)開(kāi)展Na、 K濾光器的研究，為太陽(yáng)色球?qū)雍凸馇驅(qū)拥挠^測(cè)提供了一種有效的探測(cè)裝置。
太陽(yáng)跟蹤望遠(yuǎn)鏡連續(xù)獲取太陽(yáng)光學(xué)影響，通過(guò)隔熱光學(xué)和初慮光光學(xué)去除太陽(yáng)熱影響和其他波長(zhǎng)雜散光的影響。置于原子泡前端的偏振光學(xué)Pl和置于原子泡后端的偏振光學(xué)P2構(gòu)成起偏和檢偏系統(tǒng)，與原子泡及附屬的磁場(chǎng)、熱場(chǎng)器件共同構(gòu)成雙峰透射原子濾光器。分束光學(xué)將透射后的雙峰光信號(hào)均分成兩部分，分別送入兩個(gè)與原子濾光器匹配的F-P標(biāo)準(zhǔn)具進(jìn)行光學(xué)選支，最后由CCD1和CCD2分別對(duì)紅翼峰和藍(lán)翼峰太陽(yáng)成像。Na、 K原子濾光器的透射譜型均為雙峰透射，透射峰的間距分別為20GHz和lOGHz，透射帶寬均為2GHz 。 經(jīng)原子濾光器后出射光為兩翼透射的透射譜型(B和R)，即同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)透射峰，將此光送入分束器后分兩路輸出， 一路經(jīng)第一 F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器后送入第一 CCD,可獲得藍(lán)翼峰的透射信息(B)，另一路經(jīng)第二 F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器后入第二 CCD,可獲得紅翼峰的透射信息(R)。 要實(shí)現(xiàn)F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支，要求其自由譜范圍大于原子濾光器的雙峰間距，而其透射帶寬要小于原子濾光器的雙峰間距。而且，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的選支功能，要求F-P標(biāo)準(zhǔn)具不能對(duì)原子濾光器的雙峰跳級(jí)透射，這要求F-P標(biāo)準(zhǔn)具的自由譜范圍盡可能大。
計(jì)算機(jī)用于采集來(lái)自CCD的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)運(yùn)算獲得需要的觀測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)完成對(duì)F-P的驅(qū)動(dòng)和CCD同步控制的功能。 本發(fā)明提供的基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支的原子濾光太陽(yáng)成像儀，具體結(jié)構(gòu)如圖l所示，包括望遠(yuǎn)鏡01，隔熱片02，濾光片03，原子濾光器04，分束器05，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器06、08，兩部CCD07、09，及計(jì)算機(jī)10組成；其中望遠(yuǎn)鏡01、隔熱片02、濾光片03、原子濾光器04、分束器05、第一F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器06、第一CCD 07依次同軸排列；在分束器05反射光軸的方向上依次同軸安裝第二 F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器08、第二 CCD09，第一 CCD 07、第二 CCD09的輸出端分別與計(jì)算機(jī)10連接。 其中所述的原子濾光器04采用鈉原子濾光器、或鉀原子濾光器、或氦原子濾光器，或鈣原子濾光器。 基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支的原子濾光太陽(yáng)成像儀的工作流程 太陽(yáng)光被望遠(yuǎn)鏡01收集并準(zhǔn)直后經(jīng)隔熱片02和濾光片03濾除背景光，保留鈉光譜成分，即太陽(yáng)大氣層鈉原子的吸收。再經(jīng)原子濾光器04得到鈉吸收譜線的兩翼透射結(jié)果，其中雙峰原子濾光透射譜型如圖2所示。用分束器將雙峰原子濾光的透射結(jié)果分為兩支，分別送入第一標(biāo)準(zhǔn)具選支器06和第二標(biāo)準(zhǔn)具選支器08，原子濾光與F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支方案如圖3所示，繼而經(jīng)精密的入射光調(diào)整，可使之分別只通過(guò)紅翼峰和藍(lán)翼峰，原子濾光雙峰與F-P標(biāo)準(zhǔn)具的配合如圖4所示。將得到的光譜特性，送入兩部CCD，即可獲太陽(yáng)不同光譜特性的兩幅圖像(R和B)，兩者強(qiáng)度的差異代表著太陽(yáng)中原子吸收譜線相對(duì)于原子濾光器中原子透射譜線的多普勒頻移。計(jì)算機(jī)用于采集和處理這兩幅圖像，對(duì)其進(jìn)行差分處理，可獲得太陽(yáng)中原子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。再扣除已知的太陽(yáng)自轉(zhuǎn)、日地相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等信息，得到太陽(yáng)大氣中太陽(yáng)物質(zhì)的凈運(yùn)動(dòng)速度，如圖5所示。
權(quán)利要求
一種基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支的原子濾光太陽(yáng)成像儀，其特征在于，包括望遠(yuǎn)鏡(01)、隔熱片(02)、濾光片(03)、原子濾光器(04)、分束器(05)、第一F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器(06)、第一CCD(07)、第二F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器(08)、第二CCD(09)及計(jì)算機(jī)(10)；其中，望遠(yuǎn)鏡(01)、隔熱片(02)、濾光片(03)、原子濾光器(04)、分束器(05)、第一F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器(06)、第一CCD(07)依次同軸排列；在分束器(05)反射光軸的方向上依次同軸安裝第二F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器(08)、第二CCD(09)；第一CCD(07)、第二CCD(09)的輸出端分別與計(jì)算機(jī)(10)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支的原子濾光太陽(yáng)成像儀，其特征在于 所述的原子濾光器(04)采用鈉原子濾光器、鉀原子濾光器、氦原子濾光器、鈣原子濾光器中的任一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支的原子濾光太陽(yáng)成像儀，其特征在于 所述鈉原子濾光器、鉀原子濾光器的透射譜型均為雙峰透射，透射峰的間距分別為20GHz禾P lOGHz，透射帶寬均為2GHz。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽(yáng)成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支的原子濾光太陽(yáng)成像儀。本發(fā)明包括望遠(yuǎn)鏡、隔熱片、濾光片、原子濾光器、分束器、第一F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器、第一CCD、第二F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器、第二CCD及計(jì)算機(jī)；其中，望遠(yuǎn)鏡、隔熱片、濾光片、原子濾光器、分束器、第一F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器、第一CCD依次同軸排列；在分束器反射光軸的方向上依次同軸安裝第二F-P標(biāo)準(zhǔn)具選支器、第二CCD；第一CCD、第二CCD的輸出端分別與計(jì)算機(jī)連接。本發(fā)明大間距、高透射雙峰原子濾光器，可以有效解決太陽(yáng)原子的譜線明顯增寬的問(wèn)題；利用F-P標(biāo)準(zhǔn)具與原子濾光器聯(lián)用的有利條件，將F-P標(biāo)準(zhǔn)具的透射鎖定在原子濾光器透射，有效地提高標(biāo)準(zhǔn)具的透射波長(zhǎng)穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01J3/427GK101709999SQ20091027341
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者楊勇, 楊國(guó)韜, 毛飛躍, 程學(xué)武, 鄧元勇, 鄒照偉, 馬盈盈, 龔?fù)?申請(qǐng)人:武漢大學(xué)