天文望远镜紫外积分视场光谱技术研究

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1、博士学位论文天文望远镜紫外积分视场光谱技术研究作者姓名：朱雨霁指导教师:尹达一研究员中国科学院上海技术物理研究所学位类别:工学博士学科专业:物理电子学培养单位:中国科学院上海技术物理研究所2018年5月中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解中

2、国科学院大学有关保留，使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日IIResearchonUltravioletIntegralFie

3、ldSpectrographofSpaceTelescopeAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinPhysicsandElectronicsByZhuYujiSupervisor:ProfessorYinDayiShanghaiInstituteofTechnicalPhysics,ChineseAcademyofSciencesMay

4、2018摘要摘要对近邻星系而言，紫外光谱是研究大质量恒星形成区域、宽吸收线等的特别波段。紫外的三维光谱观测无论对近邻星系还是对z～1-2的高红移星系都具有十分重要的科学研究价值。空间分辨的光谱采用积分视场单元技术（IFU）获得，组装在积分视场摄谱仪（IFS）上，结合了光谱和成像功能。集中在紫外的IFU/IFS观测则可以为我们提供对星系演化有关键指示意义的参数，目前国际上已有的IFU/IFS观测波段主要集中在光学和红外，而紫外IFU/IFS方面的信息相对比较匮乏。本文深入研究了紫外积分视场单元技术，结合高分辨率紫外成像光谱技术，设计并研制了一套紫外积分视场

5、光谱成像系统。本文的主要研究工作以及获得的成果如下：（1）充分调研了国内外积分视场单元技术的研究现状和发展趋势，针对积分视场单元和高分辨率成像光谱等关键技术展开了研究。根据科学需求和积分视场光谱成像原理确定了系统参数；完成了高分辨率紫外积分视场光谱仪的总体方案设计；完成了高分辨率紫外积分视场光谱仪中的关键技术研究。（2）本文完成了规模为8×8的验证IFU设计。比对了IFU的三种方式，综合考虑紫外波段的光学效率、加工难度、制造周期以及制造成本等因素，采用裸光纤束的简化方法。光纤堆叠成二维矩阵对望远镜后焦面上的目标像进行分割采样，IFU输出端光纤排成一列，将

6、采样光束送入光谱仪进行分光。（3）本文完成了高分辨率紫外成像光谱系统的设计。通过对棱镜和光栅两种分光形式的比对，本设计选择采用光栅分光的形式。对两种成像光谱结构：Dyson和Offner同心结构进行了分析和比对，采用的是基于凸面光栅Offner成像光谱系统的改进结构，该结构不仅具备Offner结构高像质、低谱线弯曲和色畸变、易装调的优点，还实现了高分辨率、系统小型化等特点。（4）根据Offner同心结构和凸面光栅的衍射特性，设计了一种利用干涉仪对Offner同心三反结构以及带弯月校正透镜的Offner优化结构进行高精度装校的方法，并完成分光系统的装校。（

7、5）采用汞灯作为定标光源，完成系统光谱定标。采用紫外增强型氙弧光I天文望远镜紫外积分视场光谱技术研究灯作为光源，采用几种靶标作为面源目标对系统进行光谱成像实验，并对实验结果进行处理和分析。结果表明，不同光纤之间的光谱信息一致性较好，整体系统均能正常工作，并较好地获取面源目标不同位置的光谱数据。使用单色仪作为光源，完成系统光谱分辨率测试，实验结果证明，在322-400nm波段内光谱分辨率为0.5nm。本文的创新点主要有：（1）提出了基于光纤束的紫外积分视场光谱系统设计方法，率先对紫外积分视场光谱系统进行了探索性设计和测试验证，研制了一套高分辨率紫外积分视场

8、成像光谱系统，目前国内还鲜有对紫外积分视场光谱仪的报道。该系统工作波段为250-