CN111060290B - 一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置 - Google Patents
一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111060290B CN111060290B CN201911381361.4A CN201911381361A CN111060290B CN 111060290 B CN111060290 B CN 111060290B CN 201911381361 A CN201911381361 A CN 201911381361A CN 111060290 B CN111060290 B CN 111060290B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coronagraph
- laser scanning
- measured
- stray light
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 7
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 claims description 3
- 230000004313 glare Effects 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/02—Testing optical properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J11/00—Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置涉及天文目标观测和检测领域，该装置包括：单束激光扫描装置、多维调整台、带通滤光片和单光子计数探测器；单束激光扫描装置、待测日冕仪、带通滤光片和单光子计数探测器依次排列并同光轴设置，单光子计数探测器设置在待测日冕仪的焦面上；单束激光扫描装置安装在多维调整台上。本发明具有更高的检测灵敏度和更低的噪声，检测灵敏度和暗噪声可达0.5counts.s‑1.cm‑2。具有更好的工作稳定性和光束准直度，通过更换激光器实现不同波段的杂光检测。通过同一束激光分别扫描测量日冕仪杂光辐射和太阳日面辐射，积分获取待测日冕仪的杂光抑制能力，避免使用造价昂贵的高亮度32′视场太阳模拟器进行杂光检测的难题。
Description
技术领域
本发明涉及天文目标观测和检测领域，具体涉及一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置。
背景技术
光学技术领域，杂光抑制水平是衡量光学仪器的重要指标之一，尤其是测量日冕的仪器，对杂光抑制能力要求很高。这类仪器是在很强的太阳日面辐射的边缘获取微弱的日冕图像，日冕亮度相对于太阳日面而言极其微弱，在可见光波段靠近日面边缘的内日冕亮度只有10-5B⊙(B⊙：日面中心亮度)，距离日面中心2.5R⊙(R⊙：太阳半径)的外日冕亮度更是低至10-7B⊙，距离日面中心越远，日冕亮度越微弱。通常采用模拟的高亮度光源，照射太阳日冕成像仪，实际是检测日冕成像仪的杂光抑制能力。这类测试仪器所采用的太阳模拟器需要实现32′范围内具有接近一个太阳常数的紫外和可见波段辐射，实现困难，而且造价昂贵。
在国内日冕仪杂光抑制水平检测方面，中科院长春光机所联合山东大学开展了与日冕观测相关的科研计划，针对地基日冕仪光学系统的杂散光抑制水平开展了相关的检测工作，由于采用透射式平行光管作为太阳光模拟装置，光源发出的强光照射平行光管的透镜后，会在透镜内部产生多次反射杂光，进入日冕仪内部产生影响检测精度的杂光和鬼像。此外，光源的稳定性也会影响杂光测试的准确性，而且由于成像器件采用制冷CCD相机，在大气环境下容易结霜，同时存在较大的暗噪声，会对杂光信号的提取产生难以避免的干扰，影响杂光计算的准确性。在国际日冕仪杂光抑制水平检测方面，意大利联合欧洲多家科研机构针对将于2019年底发射的Solar Orbiter Metis日冕仪，采用了基于标准太阳亮度光源的太阳模拟器和光电二极管微光探测的杂光检测方法，需要搭配具有一个太阳常数的标准亮度太阳光源，在杂光检测前必须对光源的亮度进行精确定标。此外，由于采用光电二极管在日冕仪的焦面进行光信号的检测，二极管同样需要精确定标，造价昂贵。而且由于二极管实际显示的是电流值，无法显示采集图像，检测结果不直观。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置，利用单束激光扫描光源和单光子计数探测器对日冕仪进行全视场扫描计数，测量日冕仪不同视场范围的杂光分布，利用测量到的不同扫描视场的日冕区域杂光分布做积分，计算得到日冕仪的杂光抑制能力。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置，该装置包括：单束激光扫描装置、多维调整台、带通滤光片和单光子计数探测器；所述单束激光扫描装置、待测日冕仪、带通滤光片和单光子计数探测器依次排列并同光轴设置，所述单光子计数探测器设置在待测日冕仪的焦面上；所述单束激光扫描装置安装在多维调整台上，使单束激光扫描装置发出的光束中心与待测日冕仪入瞳中心一致，控制扫描视场；所述带通滤光片抑制从待测日冕仪出射光的带外辐射，所述单光子计数探测器接收出射光并测量待测日冕仪的杂光亮度和太阳日面亮度。
优选的，所述单束激光扫描装置包括：作为扫描光源的固体激光器、控制激光束的发散角和光斑直径的准直透镜组，与保证光斑为圆形的挡光板；所述固体激光器、准直透镜组和挡光板依次排列并与待测日冕仪同光轴设置。
优选的，所述准直透镜组的材料为熔石英。
优选的，所述挡光板为表面做黑的铝制金属环，所述挡光板的孔径与光斑直径相同。
优选的，所述多维调整台包括：高精度旋转台和高精度平移台；所述高精度平移台设置在高精度旋转台上。
优选的，所述单光子计数探测器包括：采集单元和脉冲信号处理单元，采集单元负责光信号的采集并进行光电转换形成光电脉冲信号；脉冲信号处理单元对接收到的光电脉冲信号放大并进行模数转换。本发明的有益效果是：本发明采用单光子计数探测器，相比目前主流的制冷CCD探测器和光电二极管检测方式，具有更高的检测灵敏度和更低的噪声，检测灵敏度和暗噪声可达0.5counts.s-1.cm-2。采用激光束作为光源，具有更好的工作稳定性和光束准直度，而且可以通过更换激光器实现不同波段的杂光检测。通过同一束激光分别扫描测量日冕仪杂光辐射和太阳日面辐射，积分获取待测日冕仪的杂光抑制能力，避免使用造价昂贵的高亮度32′视场太阳模拟器进行杂光检测的难题，而且解决了没有高亮度的紫外太阳模拟器的技术瓶颈问题。
附图说明
图1本发明单束激光扫描日冕仪杂光检测装置示意图
图2本发明单束激光扫描过程示意图
图3激光束扫描不同视场范围模拟图
图4计算得到待测日冕仪杂光抑制能力曲线图
图中：1、固体激光器，2、准直镜组，3、挡光板，4、多维调整台，5、单束激光扫描装置，6、待测日冕仪，7、带通滤光片，8、单光子计数探测器，9、入瞳中心。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置，该装置包括：单束激光扫描装置5、多维调整台4、带通滤光片7和单光子计数探测器8；所述单束激光扫描装置5、待测日冕仪6、带通滤光片7和单光子计数探测器8依次排列并同光轴设置，所述单光子计数探测器8设置在待测日冕仪6的焦面上；所述单束激光扫描装置5安装在多维调整台4上，使单束激光扫描装置5发出的光束中心与待测日冕仪6入瞳中心9一致，控制扫描视场；所述带通滤光片7抑制从待测日冕仪6出射光的带外辐射，所述单光子计数探测器8接收出射光并测量待测日冕仪6的杂光亮度和太阳日面亮度。
其中，所述单束激光扫描装置5包括：作为扫描光源的固体激光器1、控制激光束的发散角和光斑直径的准直透镜组2，与保证光斑为圆形的挡光板3；所述固体激光器1、准直透镜组2和挡光板3依次排列并与待测日冕仪6同光轴设置。所述固体激光器具有较小的发散角。光束亮度视待测日冕仪6的系统传输效率而定，保证探测器信号的信噪比大于1。可以通过更换激光器实现不同波段的杂光检测。
所述准直透镜组2的材料为熔石英。根据固体激光器1出射光束的发散角和光斑直径，加工合适的伽利略望远镜式准直透镜组2，进一步控制激光束的发散角和直径，以满足待测日冕仪6的杂光检测要求。
所述挡光板3为表面做黑的铝制金属环，所述挡光板3的孔径与光斑直径相同，安装在准直镜组2后，进一步保证出射光的形状为圆形光斑。
所述多维调整台4包括：高精度旋转台和高精度平移台；所述高精度平移台设置在高精度旋转台上，高精度旋转台保证扫描视场的精准性，高精度平移台与高精度旋转台共同保证每次扫描视场的光束中心与待测日冕仪6入瞳中心9一致。
所述待测日冕仪6可选用实验室研制的全反射式内掩式日冕仪。
所述带通滤光片7以石英为材料，中心波长和半高宽根据待测日冕仪6光电系统传输效率而定，安装在单光子计数探测器8前端，抑制带外辐射的影响。
所述单光子计数探测器8包括：采集单元和脉冲信号处理单元，安装在待测日冕仪6的焦面处，负责测量待测日冕仪6的微弱杂光亮度和太阳日面亮度。其中采集单元由入射窗口、光电阴极、微通道板像增强器、位置灵敏阳极、高真空探测器壳体、高真空电极引线等组成；脉冲信号处理单元由前置电荷放大电路、整形电路、峰值保持电路、模数转换电路、信号处理电路等组成。负责光信号的采集并进行光电转换；微弱的光信号经过入射窗口照射到的光电阴极上时，产生光电子，光电子经过微通道板像增强器产生电子云团，利用位置灵敏阳极接收电子云，确定电子云的质心位置，既得到1个光子的入射位置，再利用高真空引线将光电脉冲信号引出到探测器高真空壳体外部。脉冲信号处理单元由前置电荷放大器、整形电路、峰值保持电路、高速模数转换器、信号处理电路等组成。脉冲信号处理单元负责对光电脉冲信号放大并进行模数转换；由高真空电极引线引出的光电脉冲信号经过前置电荷放大器放大，由整形电路整形，再由峰值保持电路延长峰值保持时间，由高速模数转换器将模拟信号转换成数字信号，经过信号处理电路处理，生成每个光子在入射窗口的位置，最终输出光子计数。
由固体激光器1发出具有一定发散角的光斑，经过准直透镜组2后输出具有极小发散角的准直激光束，利用多维调整台4精确控制准直激光束的指向，以实现从轴上视场到全视场范围的扫描，最终激光束通过待测日冕仪6和带通滤光片7，被安装在焦面位置的单光子计数探测器8接收。实际杂光检测过程中，首先开启固体激光器1和单光子计数探测器8并稳定一段时间，根据单光子计数探测器8获得光电信号的强度调整曝光时间以达到最佳信噪比，然后从待测日冕仪6的轴上视场开始，利用单束激光逐步扫描待测日冕仪6的32′以内的不同视场区域，通过高灵敏度单光子计数探测器8获取不同视场的杂光分布，记录分布的亮度数据，积分获取日冕区域的杂光亮度分布；保持激光束亮度不变，扫描待测日冕仪6的32′以外视场，保持与32′扫描视场时同样的扫描步长与扫描次数，积分获取日面亮度分布，通过比较不同日冕区域的杂光亮度与日面亮度，计算得到待测日冕仪杂光抑制能力分布曲线。
单束激光的扫描过程如图2所示，在扫描过程中，需要利用多维调整台4精确控制每次扫描的视场，同时控制激光束照射在待测日冕仪6入瞳平面的光斑中心与待测日冕仪入瞳中心9一致，以此规律扫描覆盖全视场。附图3选取了四个采样扫描视场，对不同视场时日冕仪焦面位置的杂光分布进行了模拟仿真，并根据不同日冕区域的杂光分布数据，积分计算得到不同日冕区域即不同半径位置的日冕仪杂散光抑制能力曲线，见附图4所示。
Claims (6)
1.一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置，其特征在于，该装置包括：单束激光扫描装置、多维调整台、带通滤光片和单光子计数探测器；所述单束激光扫描装置、待测日冕仪、带通滤光片和单光子计数探测器依次排列并同光轴设置，所述单光子计数探测器设置在待测日冕仪的焦面上；所述单束激光扫描装置安装在多维调整台上，使单束激光扫描装置发出的光束中心与待测日冕仪入瞳中心一致，控制扫描视场；所述带通滤光片抑制从待测日冕仪出射光的带外辐射，所述单光子计数探测器接收出射光并测量待测日冕仪的杂光亮度和太阳日面亮度。
2.根据权利要求1所述的一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置，其特征在于，所述单束激光扫描装置包括：作为扫描光源的固体激光器，控制激光束的发散角和光斑直径的准直透镜组，与保证光斑为圆形的挡光板；所述固体激光器、准直透镜组和挡光板依次排列并与待测日冕仪同光轴设置。
3.根据权利要求2所述的一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置，其特征在于，所述准直透镜组的材料为熔石英。
4.根据权利要求2所述的一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置，其特征在于，所述挡光板为表面做黑的铝制金属环，所述挡光板的孔径与光斑直径相同。
5.根据权利要求1所述的一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置，其特征在于，所述多维调整台包括：高精度旋转台和高精度平移台；所述高精度平移台设置在高精度旋转台上。
6.根据权利要求1所述的一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置，其特征在于，所述单光子计数探测器包括：采集单元和脉冲信号处理单元，采集单元负责光信号的采集并进行光电转换形成光电脉冲信号；脉冲信号处理单元对接收到的光电脉冲信号放大并进行模数转换。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911381361.4A CN111060290B (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911381361.4A CN111060290B (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111060290A CN111060290A (zh) | 2020-04-24 |
| CN111060290B true CN111060290B (zh) | 2021-11-02 |
Family
ID=70304244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911381361.4A Active CN111060290B (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111060290B (zh) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101452200B (zh) * | 2007-11-30 | 2010-11-10 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 镜头杂散光检测系统 |
| CN104865048B (zh) * | 2015-06-02 | 2017-06-27 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种杂散光测量装置和测量方法 |
| CN108680188B (zh) * | 2018-06-21 | 2023-09-01 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | Pst测试与极弱目标模拟系统及pst、探测能力的测试方法 |
| CN110361100B (zh) * | 2019-06-25 | 2020-10-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光子计数成像探测器 |
-
2019
- 2019-12-27 CN CN201911381361.4A patent/CN111060290B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111060290A (zh) | 2020-04-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111060289B (zh) | 一种高灵敏度日冕仪杂光检测装置 | |
| CN204330595U (zh) | 一种实时多通道荧光检测系统 | |
| US8493573B2 (en) | High-resolution optical position sensing with sparse, low-resolution detectors | |
| US7940377B1 (en) | Passive background correction method for spatially resolved detection | |
| CN103499819A (zh) | 一种目标视线角偏移量及距离的测量装置和方法 | |
| CN109375194A (zh) | 用于激光雷达的模拟前端读出电路 | |
| CN202522516U (zh) | 一种光学透过率测试装置 | |
| CN108387560B (zh) | 光子到达时间和位置同步测量的荧光寿命成像系统及方法 | |
| CN104698068A (zh) | 高空间分辨激光双轴差动共焦光谱-质谱显微成像方法与装置 | |
| JP5553154B2 (ja) | 多分割ｓｔｅｍ検出器の調整方法 | |
| CN208013442U (zh) | 一种四通道空间定域x射线辐射流诊断装置 | |
| CN102393212A (zh) | 一种弱目标紫外星等标定系统 | |
| CN102012267A (zh) | 超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱仪 | |
| Bossart et al. | Proton beam profile measurements with synchrotron light | |
| CN111323440A (zh) | 一种x射线衍射诊断系统 | |
| CN111060290B (zh) | 一种激光扫描式高灵敏度日冕仪杂光检测装置 | |
| CN106405566A (zh) | 测量精度高的激光雷达测距方法 | |
| Karpov et al. | Observations of Transient Events with Mini-MegaTORTORA Wide-Field Monitoring System with Sub-Second Temporal Resolution | |
| CN108028161A (zh) | 用于带电粒子束装置的分段式检测器 | |
| CN216594771U (zh) | 一种用于荧光成像装置的宽动态范围荧光检测模块 | |
| Vallerga et al. | Noiseless imaging detector for adaptive optics with kHz frame rates | |
| CN114235346A (zh) | 一种基于光腔吸收的衍射杂光抑制比测试系统及方法 | |
| CN202329646U (zh) | 一种弱目标紫外星等标定系统 | |
| Peters et al. | Prospects of silicon photomultipliers for ground-based cosmic ray experiments | |
| CN117109735B (zh) | 一种半球空间月球微光辐照度仪光学系统及设计方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |