白光日冕仪杂散光抑制的关键技术研究

作     者：张正正 

作者单位：沈阳理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：全薇

授予年度：2015年

学科分类：07[理学] 070401[理学-天体物理] 0704[理学-天文学] 

主      题：外掩式白光日冕仪 杂散光抑制 二次成像 Lyot光阑 

摘      要：日冕是太阳大气的最外层,从色球边缘向外延伸到几个太阳半径处,广义上的日冕范围甚至包括地球周围的空间环境。剧烈的日冕活动(太阳风、日冕物质抛射等)严重影响日地空间环境。日冕仪是用于非日食情况下,对太阳日冕以及日冕抛射现象进行实时观测的光学仪器。本文以夸父计划中白光日冕仪的技术指标为基础,设计并完成了国内首台外掩式白光日冕仪原理演示样机。以此原理演示样机为基础,进行了外掩式白光日冕仪杂散光抑制关键技术的研究。日冕仪原理演示样机的主要参数如下:视场为±2.5-15 R⊙(R⊙表示一个太阳半径,约为16’),口径为30mm,有效焦距200mm,分辨率为14sec/pixel,工作波段为650-750nm。相比太阳光球层的亮度,日冕光的亮度极其微弱,因此日冕仪杂散光抑制是日冕仪系统的关键问题。日冕仪杂散光根据形成机理不同行大致分为五类:太阳直射光;系统光孔的衍射光;物镜表面二次反射光;透镜加工精度所引起的杂散光;玻璃材料本身缺陷等引起的杂散光。本文首先对这五类杂散光产生的主要原因进行理论分析,这里应用分数傅里叶变换理论分析了外掩体边缘衍射光能量,并通过ASAP软件建模分析了物镜表面二次反射形成鬼像杂散光的机理。然后,论文中针对各级杂散光形成机理的不同,分别提出了相应的抑制方法,使用Trace Pro软件,针对拒热镜对太阳直射光的抑制,视场光阑对外窗口边缘衍射光遮拦,以及内掩体对外掩体边缘衍射光的遮拦进行了模拟分析。此外,论文还就外掩式日冕仪内视场渐晕的问题进行了理论分析和计算机模拟,得到了日冕仪渐晕随视场变化的规律,并模拟出二维等晕图。为了对日冕仪杂散光抑制有更深入的研究,根据理论部分提出的日冕仪杂散光分级抑制的方法,设计相对应的实验,观测各级杂散光的抑制情况。实验结果显示日冕仪各级杂散光抑制的方法切实有效,杂散光得到了很好的抑制。最后,本文对外掩式日冕仪原理演示样机杂散光抑制整体水平进行检测,总体杂散光抑制水平可以达到10-9 B⊙量级(其中B⊙代表太阳光球层平均亮度)。