南極高原天文選址大氣光學參數測量儀制造技術

南極高原天文選址大氣光學參數測量儀，由小型望遠鏡、CCD圖象傳感器與計算機組成，特征是，小型望遠鏡入瞳處的前方依次安裝有：平行光管(其光源為網格分劃板)、入瞳分割鏡；小型望遠鏡入瞳處的后方的光軸上，依次安裝有：可開合的分光鏡、四通道光子計數部件、光學成像中繼鏡與CCD圖像傳感器；其中，四通道光子計數部件位于小型望遠鏡焦平面上；寬視場CCD圖像傳感器位于分光鏡的上方；四通道光子計數部件、CCD圖像傳感器及寬視場CCD圖像傳感器的輸出接計算機。本實用新型專利技術適合南極高原嚴酷條件下使用的南極高原天文選址；能夠同時測量大氣視寧度、自由大氣層視寧度、等暈角和近似湍流強度廓線，裝調方便，可靠性好。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

南極高原天文選址大氣光學參數測量儀
本技術涉及大氣光學領域，具體涉及一種南極高原天文選址大氣光學參數測量儀。
技術介紹
望遠鏡建造前必需首先確定是天文臺址，南極內陸是目前地面上受大氣影響最小 的地方，南極高原已有South Pole、Dome A、Dome C、Dome F等臺址,其自由大氣層視寧度 極好，是國際天文界公認的非常理想的地基天文臺址。其中，美國和日本分別在South Pole 和Dome F建立了科學考察站。法國和意大利在Dome C聯合建站。中國在Dome A建立南 極昆侖站，并將在此建立天文臺。南極昆侖站位于東南極聞原中心，是南極聞原最聞點，距最近的海岸線距尚大約 1200千米，海拔高度大于4000米，地勢十分平坦，極晝最高氣溫零下三十多攝氏度，極夜近 地面溫度低達零下八十多度，是地球上最冷的地方之一。天文選址的主要內容包括對視寧度、等暈角和湍流強度廓線等各種大氣光學參數 的長期監測。在使用自適應光學系統的場合，需要了解當地、當時的大氣視寧度等參數，也 是天文臺選址與日常的天文觀測不可或缺的重要參數。定量描述大氣視寧度的參數就是大 氣相干長度，它表征了某一特定光程中一定橫向間距上的大氣相干性，并且在表征全程大 氣湍流強度和自適應光學相位校正技術中得到廣泛應用。等暈角是決定自適應光學系統校正視場的一個主要參數，其表征通過大氣湍流到 達觀測點的光波波前的角度相關性。如果到達系統的不同方向的兩束光之間的夾角超過等 暈角，它們之間的相關性將迅速降低。光波在湍流大氣中傳輸時，光波參數(強度、相位以及傳播方向等)因湍流擾動而 起伏，這種起伏是由折射率隨機變化導致的，因此對大氣折射率結構常數的測量為研究光 束的飄移和擴展、圖像的傳輸等提供依據。同時通過湍流強度隨路徑的分布，可以計算得到 其他一些表征湍流狀況的參數，如相干長度、等暈角等。目前現有的大氣視寧度監測儀，比如差分圖像運動監測儀，通過統計單星象經瞳 孔平面上兩個小孔徑所成像的相對運動實時監測大氣視寧度。這種儀器結構簡單，廣泛應 用于的臺站視寧度測量，我國在云南天文臺和國家天文臺興隆觀測站，西部天文選址等處 都有過這種視寧度監測儀運行。其具體結構和工作原理是:通常在小口徑(350mm左右)望遠鏡的入瞳上放置一塊 有兩個子孔(50-100_)的入瞳分割鏡，并在子孔上放置小楔角楔鏡，使到達這個子孔的波 前產生傾斜，從而同一目標星經過兩子孔后產生不重疊的雙像，最后用CXD圖像傳感器記 錄下一系列雙像，并統計出雙像相對位置的方差，即可計算出視寧度。等暈角的測量需要通過對大氣湍流強度的測量來進行換算，最方便的方法是用星 光閃爍法，即根據恒星的光強的起伏方差，測量等暈角。基于大氣視寧度和等暈角的測量方法，現有同時或者通過更換光瞳模板完成這兩個參數測量的儀器。而多孔徑閃耀傳感器通過測量不同尺寸孔徑上的星像閃耀，利用閃耀 和瑞流關系獲得自由大氣視寧度和等暈角。目前，湍流強度廓線的測量手段主要有探空氣球、風廓線波雷達反演以及聲雷達 測量等方法，但他們都有各自的不足，如數據均為非光波波段直接測量、測量精度不高、測 量距離有限、需要其他參數配套測量，限制了測量的目標范圍和精度。而采用光波波段測 量的多孔徑閃耀傳感器直接測量被測量，具有實時的優越性，可以同時測量自由大氣層視 寧度、等暈角和近似湍流強度廓線等多個大氣光學參數，已被成功配置到Cerr0 Tololo, Mauna Kea, Cerro Paranal, 30米望遠鏡選址點等進行臺址測量。由于南極昆侖站工作條件惡劣且無人值守。目前，現有的多孔徑閃耀傳感器無法 滿足南極工作條件。因此，南極高原天文選址大氣光學參數測量儀必須長期可靠地全自動 運行，既能夠承受從-30度到-80度的溫度波動，又能夠承受周期低溫熱沖擊。現有技術中 沒有能夠滿足以上要求的設備。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種適合南極高原嚴酷條件下使用的南極高原天文選 址大氣光學參數測量儀。南極高原天文選址大氣光學參數測量儀能夠同時測量大氣視寧 度、自由大氣層視寧度、等暈角和近似湍流強度廓線，裝調方便，可靠性好。本技術專利的技術方案如下:一種南極高原天文選址大氣光學參數測量儀， 由小型望遠鏡、CCD圖像傳感器與計算機組成，其特征在于:在所述小型望遠鏡入瞳處的前方，依次安裝有:以網格分劃板為光源的平行光管 U1、入瞳分割鏡U2 (即，入瞳分割鏡U2位于小型望遠鏡入瞳處，平行光管Ul安裝在入瞳分 割鏡U2前方,它的光源為網格分劃板)；在所述小型望遠鏡入瞳處的后方的光軸上，依次安裝有:可開合的分光鏡(簡稱分 光鏡)、四通道光子計數部件U3、光學成像中繼鏡與C⑶圖像傳感器；其中，四通道光子計數 部件U3位于小型望遠鏡焦平面上；寬視場CXD圖像傳感器位于所述可開合的分光鏡的上方；所述四通道光子計數部件、CXD圖像傳感器及寬視場CXD圖像傳感器的輸出，接所 述的計算機。換言之，本技術的南極高原天文選址大氣光學參數測量儀，主要由平行光 管、入瞳分割鏡、小型望遠鏡、可開合的分光鏡、四通道光子計數部件、光學成像中繼鏡、CXD 圖像傳感器、熱控裝置和計算機組成，其特征在于:入瞳分割鏡前方安裝有平行光管，其光 源為網格分劃板；入瞳分割鏡位于小型望遠鏡的入瞳處，其由I只通孔、2只相同楔角楔鏡 和I套楔鏡組構成；楔鏡組由共圓心同楔角的3只環形楔鏡和I只楔鏡構成；小型望遠鏡焦 平面前方安裝有可開合的分光鏡，分光鏡上方安裝有CCD圖像傳感器；小型望遠鏡焦平面 上安裝有四通道光子計數部件，四通道光子計數部件中軸為通孔，4只光電倍增管安裝在此 通孔端周圍；光學成像中繼鏡將焦平面中心區域成像到CCD圖像傳感器上。以上方案中，所述的四通道光子計數部件的結構是:設有中軸為通孔的支座；該 支座上設有均勻分布在同一圓上的四只光電倍增管。所述的入瞳分割鏡的結構是:設有帶有通孔的支座、；該支座上設有均勻分布在同 一圓上的兩只楔鏡、一個通孔和一個楔鏡組；其中兩只楔鏡的楔角為25。本技術的優化方案中，可以設置有熱控裝置，該熱控裝置分別設置在所述電 子元器件、電路板、平行光管、四通道光子計數部件、CCD圖像傳感器的外部；該熱控裝置由 隔熱部件、熱開關、加熱部件、控制器、導熱部件和散熱部件組成；隔熱部件的材料為聚酰亞 胺、泡沫材料和壓敏膠帶；熱開關為石蠟熱開關，實現切斷和導通導熱通路；加熱部件為聚 酰亞胺薄膜電加熱片；控制器為雙金屬熱繼電器；導熱部件為特制的冷板；散熱部件為特 制的散熱面板；導熱部件和散熱部件的材料為LY12鋁合金。所有電子元器件、電路板、平行 光管、四通道光子計數部件、CCD圖像傳感器和關鍵部件均置于熱控裝置中。對以上提及的各部件內容及作用做如下說明:當分光鏡彈合后，來自平行光管的平行光波通過入瞳分割鏡的通孔和小型望遠 鏡，經分光鏡分光，一路光波直接成像于寬視場CCD圖像傳感器上,另一路光波被光學成像 中繼鏡成像于另一 CCD圖像傳感器上，用于系統裝調。當分光鏡彈開后，來自平行光管的平 行光波通過入瞳分割鏡的通孔和小型望遠鏡系統，直接被光學成像中繼鏡成像于CCD圖像 傳感器上，輔助系統自動調焦。當分光鏡彈開后，來自單星光波經入瞳分割鏡上2只相同本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種南極高原天文選址大氣光學參數測量儀，由小型望遠鏡、CCD圖像傳感器與計算機組成，其特征在于：在所述小型望遠鏡入瞳處的前方，依次安裝有：以網格分劃板為光源的平行光管、入瞳分割鏡；在所述小型望遠鏡入瞳處的后方的光軸上，依次安裝有：可開合的分光鏡、四通道光子計數部件、光學成像中繼鏡與?CCD圖像傳感器；其中，四通道光子計數部件位于小型望遠鏡焦平面上；寬視場CCD圖像傳感器位于所述可開合的分光鏡的上方；所述四通道光子計數部件、CCD圖像傳感器及寬視場CCD圖像傳感器的輸出，接所述的計算機。

【技術特征摘要】
1.一種南極高原天文選址大氣光學參數測量儀，由小型望遠鏡、CXD圖像傳感器與計 算機組成，其特征在于:在所述小型望遠鏡入瞳處的前方，依次安裝有:以網格分劃板為光源的平行光管、入瞳 分割鏡；在所述小型望遠鏡入瞳處的后方的光軸上，依次安裝有:可開合的分光鏡、四通道光子 計數部件、光學成像中繼鏡與CCD圖像傳感器；其中，四通道光子計數部件位于小型望遠鏡 焦平面上；寬視場CCD圖像傳感器位于所述可開合的分光鏡的上方；所述四通道光子計數部件、CXD圖像傳感器及寬視場CXD圖像傳感器的輸出，接所述的 計算機。2.根據權利要求1所述的南極高原天文選址大氣光學參數測量儀，其特征在于:所述 的四通道光子計數部件的結構是:設有中軸為通孔的支座；該支座上設有均勻分布在同一 圓上的四只光電倍增管。3.根據權利要求1所述的南...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳華林，裴沖，袁祥巖，
申請(專利權)人：中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所，
類型：實用新型
國別省市：