[发明专利]一种太阳望远镜光阑

说明书

本发明提供一种冷却效率高的太阳望远镜光阑，它包括中部具有光阑通光孔、内部具有环状空腔的光阑体；所述光阑体朝向望远镜焦点处光线入射的一端称为反光面，另一端称为底面；所述光阑体的环状空腔内设置有分隔体；所述分隔体的一端与光阑体的底面固连，另一端接近光阑体的反光面；所述分隔体接近光阑体的一端呈环状端面；所述分隔体的环状端面与光阑体的反光面之间的空隙构成冷却腔；所述环状端面的所在位置与望远镜观测太阳中心时反光面上被照区对应，环状端面与被照区形状相似且面积不小于被照区的面积；所述分隔体将光阑体的环状空腔分隔成内侧腔体和外侧腔体，内侧腔体和外侧腔体通过冷却腔连通。

技术领域

本发明涉及太阳望远镜技术领域，尤其是一种太阳望远镜光阑。

背景技术

随着科技的发展，现代人类建立了规模越来越庞大的高科技系统，包括供电、通讯、互联网、卫星导航等系统，人类的日常生活对这些系统的依赖程度也越来越高。太阳是距离地球最近的恒星，主宰着包括地球在内的整个太阳系的环境。强烈耀斑、日冕物质抛射等强太阳活动产生的高能带电粒子对人类现代高科技系统有较大危害，类似“卡灵顿事件”、“1989魁北克事件”等强太阳活动事件会严重影响现代人类生活乃至生存质量。为应对太阳活动对人类的潜在影响，需要对太阳活动规律进行监测研究并提前预警。强太阳活动产生的带电离子速度远低于光速，类似地震预警，实时监测太阳活动可抢在带电离子到达地球之前，提前几十小时乃至数天发出警报。采取预防措施后能大幅度降低强太阳活动对人类高科技系统的影响。

太阳望远镜是实时监测、研究太阳活动规律的主要观测仪器，与空间太阳望远镜相比，地基太阳望远镜具有口径大、分辨率高、成本低、寿命长等优势。太阳辐射下，太阳望远镜的镜筒、主镜、副镜、光阑等光学元件发热并加热周围空气，产生空气温度起伏，形成热空气湍流。湍流造成的空气密度波动和折射率变化使地面望远镜对天文目标成像时产生波前畸变，引起像质衰减。为消除望远镜光学元件发热引起的空气湍流对成像质量的影响，口径不大于一米的各种小口径太阳望远镜常设计成真空镜筒结构。由于工艺水平制约，口径大于一米的太阳望远镜多采用非真空开放式结构设计。太阳辐射照射到望远镜主镜后，光束不断汇聚，最终投射到后端设备上的太阳光将达到很高的能量密度，可造成光电器件乃至机械结构的热损坏。为了避免热损伤、限制视场外的太阳辐射进入后端设备，望远镜在主镜和次镜之间增加一个实焦点，并在此安装视场光阑，将视场外的太阳辐射截止在视场光阑，视场光阑阻挡了绝大部分主镜汇聚的太阳辐射，从而减少输至后续光学元件的能量。

由于大口径的优势，地面太阳望远镜具有远超空间太阳望远镜的空间分辨率，主要提供高分辨观测。大多数地面太阳望远镜的成像视场也较小，只有全日面的1~4%左右。视场光阑根据反光面大体上可分为两类，一类是旋转结构，光阑反光面近似一个圆锥面，称之为圆锥式视场光阑；另一类光阑是平板型，反光面是一带倾斜角度的平面镜，称之为平板式视场光阑，两种光阑体内部都带有冷却腔。

主镜汇聚的太阳辐射入射到视场光阑表面，光阑表面有通光孔，小部分太阳辐射通过通光孔，作为有效视场内的太阳辐射输入至后续光学元件。主镜收集的太阳辐射被汇聚在视场光阑表面数平方厘米区域，该区域的太阳辐照功率密度很大，可达数万甚至数十万瓦每平米，视场光阑表面吸收的热流密度也很大，因此太阳望远镜的视场光阑亦常被称为热视场光阑或热光阑。小口径太阳望远镜的视场光阑多位于真空镜筒内，发热的光阑表面不会引起空气湍流。大口径太阳望远镜镜筒为开放式镜筒，发热的光阑表面会加热周围空气，产生局部空气湍流，光线经过光阑周围空气湍流区域会产生波前畸变，进而降低成像质量。

周丹、Zago.Lorenzo等人实测研究表明：发热物体表面空气温度起伏和热湍流主要由物体表面通过对流换热对空气加热所导致。改善太阳望远镜视场光阑对像质影响的一个重要方法是尽可能的控制视场光阑与其表面空气的温差。视场光阑表面与空气温差越小，发热引起的空气温度起伏越小，光阑周围的空气湍流越弱，对像质的衰减影响则越小。开放式太阳望远镜视场光阑需要设计良好的冷却系统，带走热量并尽可能减少光阑表面与空气温差。双腔体冷却和射流冲击冷却是目前开放式太阳望远镜热光阑常用的冷却技术。