LAMOST光纤焦比退化与扰模研究ChinaVO.ppt

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1、天文光纤出射斑对天文光谱分辨率的影响汇报人：耿涛汇报单位：哈尔滨工程大学纤维集成教育部重点实验室汇报时间：2017年11月30日目录一、课题背景及意义二、LAMOST光纤产生环形斑的实验研究偏心入射产生环形斑三、天文光纤出射斑对天文光谱分辩率的影响产生环形斑的模式理论解释影响天文光谱分辩率的分析四、结　论一、课题背景天文学的新发展：大视场，多目标——引入光纤，多目标高效率光谱探测英澳天文台的AAT巡天望远镜美国Sloan数字巡天（SloanDigitalSkySurvey,SDSS）项目我国“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（L

2、AMSOT）”美国SDSS系统英澳望远镜AAT系统LAMOST望远镜系统环形光束国内外研究现状2002年刘瑞斌研究了在不同入射情况下，对出射光强度分布的影响。结果表明在偏转角度为4°的时候，出现明显的环形斑。2013年J.J.Bryant等人对于多目标积分视场光谱仪中的光纤焦比退化进行测试，讨论了非中心入射的情况下，耦合位置对出射焦比的影响。结果表明，在偏轴角为3°的时候出现了环形斑，并且随着角度的增大，出射光斑的中心暗场的区域越大。2016年RenbinYan也对偏心入射情况下的出射光斑进行了测试。结果表明，从径向分布图也可看出偏

3、心距越大，光斑中心凹陷越严重。二、LAMOST光纤产生环形斑的实验研究偏心入射产生环形斑偏心入射对出射光场影响实验条件：受激光纤：纤芯：320μm长度：20m，激励光纤：纤芯：4μmCCD：36.8*36.8mm，像素大小9*9μm，4096*4096个像素点，曝光时间：180ms入射光纤沿受激光纤端面的某条固定半径方向调节，每次间隔2μm，出射光斑通过CCD拍摄下来。中心40μm145.8μm148μm150μm152μm154μm156μm158μm160μm162μm166μm实验结果在150μm时，大芯径光纤的出射光斑开始

4、发散并出现外环，在154μm时光斑中心开始明显变暗，并同时出现双环状态。可以看到，在152μm和154μm之间，内外环能量变化非常明显，光纤中的高阶模式迅速被激发。160μm时中心环消失。三、天文出射斑对天文光谱分辩率的影响产生环形斑的模式理论解释影响天文光谱分辩率的分析产生环形斑的模式理论解释波导中的一个电磁场模式是指一个同时满足电磁场方程和边界条件的电磁场结构，我们可以近似的把不同的角度对应为不同的模式，即一个角度代表一个模式。光的入射角越小，激发的模式阶数就越低。斜入射以螺旋线的形式沿着光纤中心轴向前传播出射光对中心场强没有贡

5、献形成环形斑垂直入射低阶模得到较强的激励偏心入射低阶模会得到较弱的激励影响天文光谱分辩率的分析圆斑、环形斑图像二维图从以上的图片可知，正常出射的光斑为类高斯的圆斑并且中心能量比较集中。而圆环光斑则出现了双峰，中心能量降低。光谱仪狭缝环形光斑进入光谱仪狭缝示意图出射光斑以环形斑的形式进入到光谱仪时，将会超出光谱仪狭缝的范围，并且光斑的中心能量降低，进入到光谱仪中的信息明显下降。圆斑进入到光谱仪，大部分集中在光斑中心的能量都能够进入到光谱仪当中，使得光谱仪以更高的效率获得光能量，这对之后的光谱分析环节也将会非常有利。选取对应LAMOST

6、红端（也就是长波长CCD）对应的波段，5800-6800埃，这样LAMOST采用的320微米芯径的光纤在CCD上占10个像素，对应宽度8.4埃（LAMOST红端每个像素对应0.084nm=0.84埃）。光斑图像处理环形斑圆形光斑经过寻找圆心，Y方向取平均后，得到对应的沿x方向的强度谱（红色对应环形斑数据，蓝色对应中心圆斑的数据，下同）。为了进一步进行卷积方便，下面采用了波长作为横轴，并对应模板光谱的0.2nm波长间隔对数据进行了抽取，得到-4.2nm到+4.2nm共43个数据点，这个模板将和原始高分辨光谱进行卷积，模拟LAMOST光

7、纤在出现环形斑和中心光斑时，光谱退化的情况。从这里看，环形斑的确造成了双峰。但无论是圆形斑还是环形斑，由于光谱峰值之间距离较大，光谱分辨率降低。图像处理结果然后，把这个光斑模板和5800-6800埃部分的光谱进行卷积，从结果看，环形斑的确造成了双峰。但无论使圆形斑还是环形斑，由于光纤尺度很大，都使光谱分辨率大大降低了。解决光纤对准问题的设想出现环形斑的主要原因是星象没有落在光纤的中心，属于偏芯入射。因此解决的方案有软硬两种手段：软的方法是分析环形斑影响机制，利用数学方法设法减小其影响；硬的方法就是解决偏芯入射的问题。一种方法是对光纤

8、端进行高分辨成像，发现其偏离星象坐标的情况，并进行调整。另外一种方法是从光纤角度入手，测量光纤偏离情况。多芯光纤设想我们曾经研究过利用多芯光纤结构对星象偏离中心的程度进行实时监控的方法，但多芯分离技术始终是一个难题。一种新的设想：借鉴