CN201548326U - 双通道原子滤光全日面太阳成像仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了双通道原子滤光全日面太阳成像仪，该成像仪由望远镜(01)、滤光片(02)、λ/4波片(03)、偏振分光器(04)、两个原子滤光器(05、11)、两片分光器(06、12)、四台干涉仪(07、09、13、15)、四部CCD(08、10、14、16)及计算机(17)组成；采用偏振分光、原子滤光器、四台干涉仪和四部CCD等固定连接，无需时序控制，可同时获取太阳的四幅高分辨光谱图像，经处理可获得全日面亮度、多普勒速度和磁场强度。本技术方案具有方案科学、系统稳定可靠和使用方便等特点，提高了太阳磁场测量的稳定度和精度，为太阳观测和空间天气监测与预报提供了一种更佳的探测装置。

Description

双通道原子滤光全日面太阳成像仪

技术领域：

本实用新型涉及全日面太阳成像仪，尤其涉及采用窄带原子滤光技术的全日面亮度、多普勒速度和磁场强度成像仪。

背景技术：

太阳是离地球最近的一颗恒星，也是与人类关系最为密切一颗恒星。太阳表面活动通常相对平静，但有时也会突然爆发一些复杂而剧烈的活动，如太阳黑子群的出现、耀斑爆发、日冕物质抛射等，这些剧烈活动会向空间抛射大量物质，包括高能粒子、射线、行星际磁云等，同时释放大量能量，一方面，产生的高能粒子、射线等直接威胁到空间飞行器，影响人类太空活动，另一方面，产生的行星际磁云影响地球磁层产生地磁爆，干扰地面无线电通信和大型输电线路设施，对人类的产生和生活产生不可忽视的影响。鉴于太阳活动对太空活动和人类生活有着直接的影响，因此对其现报和预报越来越受到科技工作者的重视。就目前所知，太阳的剧烈活动与太阳物质的运动及太阳磁场的变化存在着一定的联系，这些都会在太阳光谱的变化中得到反映。因此，太阳全日面高分辨率光谱的成像，就成为研究太阳活动的重要手段。

基于原子滤光器(部分文献也称作磁光滤光器)的太阳全日面磁场成像仪(Solar magnetic fields measurements with a magneto-optical filter，A.Cacciani，D.Ricci，P.Rosati，Il Nuovo Cimento C，Italian Physical Society，1990，13(1)：125～130)，利用原子滤光器稳定性好、透射率高、带外抑制强和可成像等诸多优点，通过分别获取太阳钠吸收线在太阳磁场下塞曼分裂成左旋和右旋圆偏光的多普勒蓝移翼和红移翼共四幅太阳的高分辨率光谱图像(B⁺、R⁺、B^-、R^-)，这四幅图像经处理即可获得全日面太阳的多普勒速度和磁场强度信息。

获取上述四幅太阳光谱图像，目前一般采用时序控制分时获得，每幅图像需15秒左右，则需1分钟时间才能获取全部四幅图像。当太阳相对平静时，由于其变化不大，分钟的时间跨度对观测精度不会产生太大影响；而当太阳剧烈活动时，由于其各种参数变化迅速，即便成像时间相隔数秒，对测量的精度和准确度也会产生一定的影响。

发明内容：

本实用新型的目的是：提供一种双通道原子滤光全日面太阳成像仪，该成像仪采用两个相同参数的原子滤光器，同时检测太阳光谱中左旋圆偏光和右旋圆偏光的塞曼频移；采用四台干涉仪和四部CCD同时获取四幅太阳的高分辨率光谱图像(B⁺、R⁺、B^-、R^-)，经处理可同时获得全日面亮度、多普勒速度和磁场强度。由于四幅图像是同时获取的，因而有效地提高了太阳磁场强度测量的精度与质量；用固定干涉仪选择多普勒蓝移B和红移R分量，简化了系统结构，为太阳观测提供了一种更佳的探测装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

双通道原子滤光全日面太阳成像仪由望远镜、滤光片、λ/4波片、偏振分光器、两个原子滤光器、两片分光器、四台干涉仪、四部CCD及计算机组成；其中：望远镜、滤光片、λ/4波片、偏振分光器、第一原子滤光器、第一分光器、第一干涉仪、第一CCD依次同轴排列；在第一分光器反射光轴的方向上依次同轴安装第二干涉仪和第二CCD；在偏振分光器反射光轴的方向上依次同轴安装第二原子滤光器、第二分光器、第三干涉仪和第三CCD；在第二分光器反射光轴的方向上依次同轴安装第四干涉仪和第四CCD；第一CCD、第二CCD、第三CCD和第四CCD的输出端分别与计算机连接。

望远镜将收集到的太阳光准直，经滤光片滤除背景光后，保留包含钠光谱信息的光线，该光线为太阳光经太阳大气层钠原子吸收和太阳磁场塞曼分裂后，所形成的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，λ/4波片将左旋圆偏振光和右旋圆偏振光转变成垂直偏振光和水平偏振光，垂直偏振光经偏振分束器透射后，进入第一原子滤光器；水平偏振光经偏振分束器反射后，进入第二原子滤光器。

进入第一原子滤光器的光线经过滤后，得到包含多普勒蓝移B⁺和红移R⁺的光线，该光线经第一分光器后，透射光进入第一干涉仪，第一干涉仪滤除红移R⁺，蓝移B⁺进入第一CCD，获得左旋圆偏振光的蓝移B⁺；反射光进入第二干涉仪，第二干涉仪滤除蓝移B⁺，红移R⁺进入第二CCD，获得左旋圆偏振光的红移R⁺；

进入第二原子滤光器的光线经过滤后，得到包含多普勒蓝移B^-和红移R^-的光线，该光线经第二分光器后，透射光进入第三干涉仪，第三干涉仪滤除红移R^-，蓝移B^-进入第三CCD，获得右旋圆偏振光的蓝移B^-；反射光进入第四干涉仪，第四干涉仪滤除蓝移B^-，红移R^-进入第四CCD，获得右旋圆偏振光的红移R^-；4部CCD将获取的信息分别传输到计算机，经计算机处理可获得全日面亮度、多普勒速度和磁场强度。

本实用新型的优点和效果：

双通道原子滤光全日面太阳成像仪实现了一套系统同时获取太阳同一时刻的四幅图像，经处理可获得全日面亮度、多普勒速度和磁场强度。采用原子滤光器获得稳定的两翼透射谱型，采用固定干涉仪选择多普勒蓝移B和红移R分量，既兼顾了原子滤光器稳定可靠的优点，又具有标准具简单方便的特点。全部部件固定连接，因无需时序调整，既保证了系统稳定可靠，简化了系统结构，又降低了系统的调整难度，使观测质量得到了有效的提高，尤其提高了对太阳磁场测量的精度。为太阳观测和空间天气监测及预报提供了一种更佳的探测装置。

附图说明：

图1为双通道原子滤光全日面太阳成像仪结构示意图。

其中：01望远镜、02滤光片、03λ/4波片、04偏振分光器、05第一原子滤光器、06第一分光器、07第一干涉仪、08第一CCD、09第二干涉仪、10第二CCD、11第二原子滤光器、12第二分光器、13第三干涉仪、14第三CCD、15第四干涉仪、16第四CCD、17计算机。

图2太阳钠吸收谱线中的左旋和右旋圆偏振光。

图3经λ/4波片后转变成垂直和水平偏振光。

图4经偏振分束器后垂直和水平偏振光分离。

图5经原子滤光器后变成两翼透射峰的光谱。

图6四台干涉仪全日面的透射谱型。

图7四路CCD接收到的透射谱型。

具体实施方式：

以下结合附图，对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

双通道原子滤光全日面太阳成像仪由望远镜01，滤光片02，λ/4波片03，偏振分光器04，两个原子滤光器05、11，两片分光器06、12，四台干涉仪07、09、13、15，四部CCD 08、10、14、16及计算机17组成；其中：望远镜01、滤光片02、λ/4波片03、偏振分光器04、第一原子滤光器05、第一分光器06、第一干涉仪07、第一CCD 08依次同轴排列；在第一分光器06反射光轴的方向上依次同轴安装第二干涉仪09和第二CCD 10；在偏振分光器04反射光轴的方向上依次同轴安装第二原子滤光器11、第二分光器12、第三干涉仪13和第三CCD 14；在第二分光器12反射光轴的方向上依次同轴安装第四干涉仪15和第四CCD 16；第一CCD 08、第二CCD 10、第三CCD 14和第四CCD 16的输出端分别与计算机17连接。

其中：所述的第一原子滤光器05采用钠原子滤光器、或钾原子滤光器、或铷原子滤光器、或铯原子滤光器、或氦原子滤光器，或钙原子滤光器。

其中：所述的第二原子滤光器11采用钠原子滤光器、或钾原子滤光器、或铷原子滤光器、或铯原子滤光器、或氦原子滤光器、或钙原子滤光器。

双通道原子滤光全日面太阳成像仪的工作流程：

望远镜将收集到的太阳光准直，经滤光片滤除背景光后，保留包含钠光谱信息的光线，该光线为太阳光经太阳大气层钠原子吸收和太阳磁场塞曼分裂后，所形成的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，如图2所示。λ/4波片将左旋圆偏振光和右旋圆偏振光转变成垂直偏振光和水平偏振光，如图3所示。垂直偏振光经偏振分束器透射后，进入第一原子滤光器，如图4左所示；水平偏振光经偏振分束器反射后，进入第二原子滤光器，如图4右所示；原子滤光器均为两翼透射谱型，两翼透射峰的间距10～30GHz，透射带宽1～5GHz。

进入第一原子滤光器的光线经过滤后，得到包含多普勒蓝移B⁺和红移R⁺的光线，如图5左所示，该光线经第一分光器后，透射光进入第一干涉仪，如图6左一所示，第一干涉仪滤除红移R⁺，蓝移B⁺进入第一CCD，获得左旋圆偏振光的蓝移B⁺，如图7左一所示；反射光进入第二干涉仪，如图6左二所示，第二干涉仪滤除蓝移B⁺，红移R⁺进入第二CCD，获得左旋圆偏振光的红移R⁺，如图7左二所示；

进入第二原子滤光器的光线经过滤后，如图5右所示，得到包含多普勒蓝移B^-和红移R^-的光线，该光线经第二分光器后，透射光进入第三干涉仪，如图6右一所示，第三干涉仪滤除红移R^-，蓝移B^-进入第三CCD，获得右旋圆偏振光的蓝移B^-，如图7右一所示；反射光进入第四干涉仪，如图6右二所示，第四干涉仪滤除蓝移B^-，红移R^-进入第四CCD，获得右旋圆偏振光的红移R^-，如图7右二所示；

第一CCD、第二CCD、第三CCD和第四CCD将获取的信息传输到计算机，经计算机处理可获得全日面亮度、多普勒速度和磁场强度。该处理方法为该领域常用的处理方法。

整个装置在安装调试完毕后固定，观测过程中无需调制和时序调整，系统简单可靠。

Claims (3)

1.双通道原子滤光全日面太阳成像仪，其特征在于，该成像仪由望远镜(01)、滤光片(02)、λ/4波片(03)、偏振分光器(04)、两个原子滤光器(05、11)、两片分光器(06、12)、四台干涉仪(07、09、13、15)、四部CCD(08、10、14、16)及计算机(17)组成；其中：望远镜(01)、滤光片(02)、λ/4波片(03)、偏振分光器(04)、第一原子滤光器(05)、第一分光器(06)、第一干涉仪(07)、第一CCD(08)依次同轴排列；在第一分光器(06)反射光轴的方向上依次同轴安装第二干涉仪(09)和第二CCD(10)；在偏振分光器(04)反射光轴的方向上依次同轴安装第二原子滤光器(11)、第二分光器(12)、第三干涉仪(13)和第三CCD(14)；在第二分光器(12)反射光轴的方向上依次同轴安装第四干涉仪(15)和第四CCD(16)；第一CCD(08)、第二CCD(10)、第三CCD(14)和第四CCD(16)的输出端分别与计算机(17)连接。

2.根据权利要求1所述的双通道原子滤光全日面太阳成像仪，其特征在于，所述的第一原子滤光器(05)采用钠原子滤光器、或钾原子滤光器、或铷原子滤光器、或铯原子滤光器、或氦原子滤光器，或钙原子滤光器。

3.根据权利要求1所述的双通道原子滤光全日面太阳成像仪，其特征在于，所述的第二原子滤光器(11)采用钠原子滤光器、或钾原子滤光器、或铷原子滤光器、或铯原子滤光器、或氦原子滤光器、或钙原子滤光器。

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