[发明专利]一种可抑制光谱展宽的太阳自适应光学光栅光谱成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳光栅光谱成像装置，特别是针对可抑制光谱展宽的太阳自适应光学光栅光谱成像装置。

背景技术

太阳光谱包含着很多重要信息，如太阳温度、元素丰度、视向速度场及磁场等重要信息，而对太阳进行准确的光谱探测和成像探测是研究太阳大气活动演化和进行准确空间天气预报的前提，因此对太阳大气活动进行准确的太阳光谱探测和成像探测是至关重要的。太阳光栅光谱成像装置在太阳大气活动的观测中得到了广泛的应用，这是由于它在太阳光谱观测中具有许多突出的优点，主要有：1）能够进行多波段同时观测，这是太阳大气分层特性研究的一个常规手段；2）速度场的测量不受速度的限制，能够对快速运动目标进行观测（黄佑然，许熬敖，秦志海，等.实测天体物理学［M］.北京：北京科学出版社，1987.）。然而太阳光栅光谱装置严重受大气扰动的影响，表现在：1）大气扰动会引起太阳光栅光谱成像装置在进行光谱观测过程中太阳像的抖动，从而无法进行长时间的稳定的成像或光谱观测，2）大气扰动会导致能量的扩散；3）大气扰动的存在会导致太阳光栅光谱成像装置的光谱展宽、“鬼线”和谱线位移等问题，而这些问题都将严重影响太阳大气活动的研究，因此消除大气扰动的影响对提高太阳光栅光谱成像装置光谱观测性能和成像质量具有重要意义。

1976年Noll研究表明波前整体倾斜约占了总体波前像差的90%（Noll R.J.，1976，“Zernike polynomials and atmospheric turbulence”，J.Opt.Soc.Am.A66，207-211），因此，为了解决大气扰动对太阳光栅光谱成像装置的影响，传统的解决方法是使用高速倾斜镜对整体波前倾斜进行快速实时校正，从而解决了太阳望远镜焦平面上太阳像抖动问题，因此太阳光栅光谱成像装置能够对太阳进行长时间的稳定的成像观测或光谱观测。1997年G.Molodij的研究表明采用倾斜镜消除大气湍流引起的总体波前倾斜能得到大视场的中等成像质量的成像或光谱观测（A&A Supplement series，Vol.128，February II1998，229-244）。然而高速倾斜镜仅仅是校正了波前的整体倾斜像差，但是并没有消除高阶像差对太阳光栅光谱成像装置性能的影响。

与传统自适应光学技术不同，太阳光栅光谱成像装置狭缝会对大气扰动进行波前滤波，且对不同类型的波前像差滤波效果存在很大的差异，因此使用自适应光学技术进行波前校正时，必须考虑狭缝对不同类型像差滤波效果的差异性，对不同类型像差进行有选择性的差别校正，以提高太阳自适应光学波前校正能力和抑制太阳光栅光谱成像装置的光谱展宽。但目前尚未发现以抑制太阳光栅光谱成像装置光谱展宽为目的的波前校正装置。

本发明基于以上背景，提出可抑制光谱展宽的太阳自适应光学光栅光谱成像装置，通过对传统的太阳自适应光学系统进行改造，即通过在高速倾斜镜后引入波前校正器DM，在没有明显增加成本和复杂性的前提下，使之具有对倾斜像差和其它高阶像差的校正能力。通过对波前探测器测量数据进行分析、分离，并对影响太阳光栅光谱成像装置光谱展宽的波前像差类型进行有选择性的差别校正，不仅能够有效降低太阳自适应光学的波前校正要求，还能有效提高太阳光栅光谱成像装置的光谱分辨力。这对于更准确的太阳大气活动研究和更高精度的层析成像研究具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：大气扰动会严重影响太阳光栅光谱成像装置的成像质量和光谱观测性能，它不仅会引起太阳望远镜焦平面上的太阳像抖动，因此无法对太阳大气活动进行跟踪和光谱成像观测，还会引起太阳光栅光谱成像装置光谱展宽，导致太阳光栅光谱成像装置的光谱分辨力的衰减。这些对于准确研究太阳大气活动和高精度层析成像观测会产生严重的不良影响。因此，本发明提出一种相应的解决方法，试图突破大气扰动对太阳光栅光谱成像装置的成像质量和光谱观测性能的限制。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种可抑制光谱展宽的太阳自适应光学光栅光谱成像装置，该装置包括准直器、倾斜镜、波前校正器DM、二向色分光镜、波前探测器、波前控制器、成像系统、狭缝、准直镜、光栅、成像镜、数据采集系统和数据处理及控制计算机组成；其中：