论文部分内容阅读
在发展迅猛的天文天体三维观测中基于积分视场单元(IFU,Integral Field Unit)的光谱成像技术被广泛高度关注。IFU想要同时获得二维目标的三维光谱信息仅需要单次曝光,其性能优势是测量精度高,高效率检测目标,且环境因素对其限制小。根据IFU的构成类型进行分类可以分为微透镜阵列型、微透镜加光纤束阵列型和像切分器型三种。论文中关注的是优势最明显也最有效果的微透镜加光纤束阵列型IFU。 IFU能够实现将FASOT系统望远镜焦面处的光信息整合输入光谱测试仪中进行检测分析的过程,因此其本身的性能会对整个观测结果产生巨大的影响。论文选择制作的是微透镜加光纤束类型的IFU,所选取的光纤的通光效率、焦比退化程度以及微透镜和光纤之间耦合情况三个方面都是其损耗产生的原因。光纤的焦比指的入射或出射光线与中轴之间的夹角,理想假设中光纤两端的焦比是相等的,但是由于环境影响和光纤材料的属性原因出射光线角度会变大,出射光斑弥散造成焦比减小,这一现象称为焦比退化。严重的焦比退化会使图像失真,造成光损失,在大型IFU系统中经常会使用大量光纤,焦比退化会使系统产生巨大的误差,影响结果的真实性。而IFU系统作为传递信息数据的光学器件同样需要良好的通光率,最大限度的接收来自望远镜的光信息,在损耗最小的情况下传递至光谱分析仪当中,保证数据的完整性。单独使用光纤也能够独立成为一套IFU系统,但是光纤之间存在间隙以及光纤的圆形结构会令接收面存在暗区,导致IFU的收光效率极低,因此论文选择使用微透镜对光束进行会聚,将光纤束端面放置于微透镜焦面处,这一结构大大提高了光纤的收光率,避免了因信息获取不全造成的损耗。由于微透镜和光纤束物质体积较小,所以在二者进行耦合时细微的偏差都会导致损耗的产生,论文中对三种类型的偏差进行了逐一讨论,得出侧向偏移会导致更大的误差产生。为了避免以上三种情况对系统的影响,选择特制微透镜和光纤来保证材料本身的良好性质,设计了独特的小孔结构提高光纤束阵列的制作效率以及独特的十字标记降低微透镜与光纤束阵列的对准误差。 本论文中设计和制作的IFU参数标准符合FASOT系统的要求。在满足测量精度、传输效率和出射焦比的情况下,更快捷更准确的完成了11×11×2规格的IFU,其系统性能优异,焦比退化不严重,通光率高达77.7%。