1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所,江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室,江苏 南京 210042
3 中国科学院大学,北京 100049
共相光栅拼接技术是目前研制米级大尺寸阶梯光栅的重要手段,位移误差调整精度对光栅的拼接精度有决定性影响。为消除拼接光栅中的周期性位移误差,实现大尺寸阶梯光栅的共相拼接,从理论出发分析了位移误差对拼接光栅点扩散函数的具体影响,并基于干涉测量原理,提出了一种基于迈克耳孙干涉系统,利用白光和双波长测量技术相结合的光栅拼接位移误差检测调整方法。通过对比不同调整量下干涉条纹位移变化的模拟计算结果与纳米位移平台实验结果,分析了傅里叶分析算法的计算精度,进而实现了位移误差的精确调整。实验计算结果表明,白光双波长测量技术实现的拼接光栅位移误差小于6 nm,可满足大尺寸拼接光栅的共相检测要求。
测量 拼接光栅 共相调整 纵向位移误差 调整精度 光学学报
2022, 42(18): 1812006
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京100049
用于天文高分辨光谱波长定标的法布里-珀罗标准具(FPE)具有宽波长覆盖与密集透过峰序列的光谱,有望实现比传统定标源更高的波长定标精度。然而FPE透过峰波长是未知的,这为定标带来了挑战。本研究在不借助额外精密测量设备(如傅里叶变换光谱仪)情况下,使用天文高分辨光谱仪常规定标源钍氩灯(ThAr)为FPE提供波长信息,再利用FPE密集的透过峰序列以及电介质反射膜穿透深度与波长关系的平滑性质,修正波长信息中的误差,得到FPE透过峰精确的波长并完成波长定标。在兴隆2.16 m望远镜高分辨光纤光谱仪上的定标测试显示,FPE的波长定标精度达到0.053 pm,相比单独使用ThAr的波长定标精度(0.290 pm)有显著的提高。
测量 光谱仪 波长定标 法布里-珀罗标准具 视向速度 天文光学
中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
光子晶体光纤已经被广泛应用于由飞秒脉冲激光源产生超连续光谱。 当激光源的重复频率较低时, 由光子晶体光纤产生的超连续光谱随时间的变化过程较为缓慢, 通常不被注意到。 而在天文光谱仪定标等应用中, 需要使用GHz至几十GHz量级的高重复频率激光源。 此时, 可观察到光子晶体光纤的超连续光谱产生性能在有限时间内产生显著的退化。 在1 040 nm飞秒激光泵浦条件下, 通过测试三种不同气孔占空比的光子晶体光纤的超连续光谱产生性能演化, 发现超连续光谱的退化进程随光纤气孔占空比的增大而加速。 观察发生光谱退化后的光子晶体光纤样品, 发现在光纤上超连续光被产生的区段出现多个不同颜色的亮点, 呈现有方向性的光泄露现象。 针对光泄露现象, 通过测量光纤的吸收光谱线, 证实了实验中超连续光谱退化的主因并非是光纤熔融石英材料中大量非桥氧色心产生。 针对光泄露具有方向性这一特征, 提出了经由多光子吸收作用在光纤纤芯中形成长周期光栅的理论。 为探究影响光子晶体光纤超连续光谱产生性能的退化的因素, 以达到光谱退化抑制的目的, 首先通过改变了光纤的拉锥参数, 期望增强光纤熔融石英材料的光子耐受性。 实验结果证实了该方法的有效性较为有限。 其次, 从保持激光源的平均功率, 降低激光脉冲的峰值功率和保持激光脉冲的峰值功率, 降低激光源平均功率两个方面入手, 对激光源进行调制。 实验结果证明, 光纤单位时间内接受的高峰值功率脉冲总量是影响其超连续光谱产生性能的最重要因素。 在天文光谱仪定标的应用中, 对超连续光谱光功率的需求并不高, 使用斩波器降低光子晶体光纤入射光的平均功率是减缓超连续光谱产生性能退化过程的有效且简单可行的方法。
光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续光谱产生 光谱演化 Photonic crystal fibers Femtosecond pulse lasers Supercontinuum generation Spectral evolution 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3588
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 江苏 南京 210042
3 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所, 天津 300350
4 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
照明的不稳定性会引起视向速度测量误差,从而严重限制仪器精度的提高。光纤扰模是提高仪器照明稳定性的有效途径之一。为了给现有高精度色散光谱仪升级及新型高精度视向速度仪器设计提供可靠的实验参考,对单根圆形光纤、单根八边形光纤、圆形-八边形-圆形光纤串接系统、双圆形光纤扰模系统、圆形-八边形混合双光纤扰模系统和双八边形光纤扰模系统的近场和远场扰模性能进行详细的实验研究。实验结果显示:单根八边形光纤较单根圆形光纤具有更好的近场扰模性能,双光纤扰模技术可以有效改善近场和远场扰模性能,双八边形光纤扰模系统能同时具有良好的近场和远场扰模性能。实验研究了球透镜和双透镜两种双光纤扰模系统,球透镜系统通光效率约为55%,双透镜系统通光效率约为80%。
光纤光学 视向速度 扰模性能 高色散光谱仪 照明稳定性
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 江苏 南京 210042
利用光谱展宽演化监测系统,观察光纤出射光的偏振消光比与光谱展宽的相关性。通过测量、比较和分析三根拉锥光子晶体光纤的寿命,可知光纤纤芯中存在对抽运光的四光子吸收过程,验证了拉锥光子晶体光纤光谱展宽性能退化是由光纤纤芯中多光子吸收效应产生的色心缺陷导致的。提出改用低光子能量的光源以大幅减缓多光子吸收效应的方案,并通过实验证实了使用1040 nm波长的抽运光可以有效延长拉锥光子晶体光纤的光谱展宽寿命。
光纤光学 光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 光谱演化 多光子吸收 光学学报
2019, 39(11): 1106006
1 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所, 天津 300350
2 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
3 中国科学院天文光学技术重点实验室, 江苏 南京 210042
在高精度视向速度测量系统中,圆形光纤逐渐被多边形光纤替代,结合多边形光纤、透镜和圆形光纤的扰模方案也被陆续提出。通过光线追迹的方法,对圆形、八边形截面的两种光纤以及基于这两种光纤的双光纤扰模器的扰模性能进行了模拟分析。模拟结果表明:虽然圆形光纤有较好的远、近场角向扰模,但是径向扰模效果不佳;八边形光纤的近场径向和角向扰模性能均较优,但远场扰模与圆形光纤没有明显差异;双光纤扰模器能有效提高光纤扰模性能,而使用了八边形光纤的双光纤扰模器的远、近场扰模性能均较优。
光纤光学 视向速度测量 扰模特性 光线追迹 谱线漂移
1 中国科学院国家天文台 南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院南京天文光学技术研究所 天文光学技术重点实验室, 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京 100049
使用溶胶-凝胶法在不同煅烧温度下制备了不同掺杂的YAG∶Ce, Yb荧光粉。使用扫描电镜、X射线衍射仪对其形貌、结构进行了表征; 采用光致发光、荧光寿命等技术, 对其发光性质进行了研究。结果表明: 粉体粒径随煅烧温度上升而增大, 在1 000 ℃下, 得到平均尺寸~84 nm的纳米荧光粉。溶胶-凝胶法产物与高温固态法产物相比, Yb3+离子发光的猝灭浓度由10%下降至5%。这可能是由于溶胶-凝胶反应产物体系中掺杂离子分布更加均匀所致。
溶胶-凝胶法 纳米荧光粉 猝灭浓度 YAG∶Ce YAG∶Ce Yb Yb sol-gel method nano-phosphor quenching concentration
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室, 江苏 南京 210042
3 中国人民解放军理工大学理学院基础实验室, 江苏 南京 211101
天文探测中,要求类地行星探测中视向速度的测量精度达到10 cm/s。圆形光纤扰模引起的谱线漂移成为影响视向速度测量精度的一个主要因素。提出了圆形结合多边形光纤的分段式光纤传输系统,以改善圆形光纤的扰模特性。利用搭建的测试光纤远近场光斑质量的光学系统,评价光纤出射场的光斑质量;分别研究了圆形光纤、圆形结合正方形光纤、圆形结合八边形光纤的分段式光纤传输系统在不同耦合条件下的远近场分布;分析了系统的扰模增益及能量变化。结果表明,圆形结合多边形光纤的分段式光纤传输系统提高了系统的扰模特性和稳定性。当多边形光纤芯径小于圆形光纤时,较大的入射偏移量引起耦合能量损失;当多边形光纤芯径大于圆形光纤芯径时,能量守恒。圆形结合八边形光纤传输系统的近场质心偏移较小,扰模系数较高,可有效减小耦合误差引起的谱线漂移,从而提高视向速度的测量精度。
光纤光学 视向速度测量 扰模特性 分段式光纤传输系统 谱线漂移 光学学报
2016, 36(11): 1106002