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空间极紫外太阳望远镜光学性能研究

陈波  
【摘要】: 随着空间技术和短波光学技术的发展,空间软X射线——极紫外波段观测研究逐渐成为空间天文学研究的重要组成部分,尤其是在这一波段的空间对日观测已成为天文学研究的重点。本文根据空间平台上高分辨率对日观测的需要,设计出一种可以在四个极紫外波段对日同时成像多光谱太阳望远镜(EUT);研究了极紫外(EUV)波段太阳望远镜光学传输特性;提出了真空紫外波段在轨指向的标定方法,解决了高精度指向标定问题;研制出一台17.1nm望远镜的地面样机,验证EUT设计的可行性,攻克了部分关键的技术难关;为进一步的研究工作奠定了基础。 本文工作中采用EUV波段正入射成像技术,设计出可在13.0nm、17.1nm、30.4nm和19.5nm波段同时成像的望远镜。其中前三个波段望远镜的视场为8.5′×8.5′,角分辨率0.5″;19.5nm波段望远镜为85′×85′全日面观测望远镜,角分辨率5″。 EUT由前端滤光片组、多层膜正入射光学系统、消杂光滤光片组、探测器和真空保护舱五个部分组成。由于EUV波段光学元件特有的光谱特性,每个光学元件的性能指标对EUT的传输效率及成像质量都有重要的影响。本文研究了不同材料在EUV波段吸收特性,设计出适合空间应用的滤光片组,在13.0nm波段采用Si-Zr-Si的夹层型滤光片,透过率为70%;在其它三个波段采用铝膜滤光片,透过率在45%—65%之间。研究了多层膜的带宽匹配问题及不同入射角度对反射率的影响,计算出EUT在不同波段的传输效率和传输系数。 为了解决EUT在轨指向偏差的标定问题。在EUT的前端和消杂光滤光片组中,安装一个氢Hα线(121.6nm)滤光片,使太阳121.6nm强辐射进入EUT中,实现EUT的四个望远镜在同一波段对日成像。研究由不同波段望远镜获得的太阳图像处理的方法,建立相应的数学模型,编制计算程序,进行模拟图像处理,实现不同望远镜间的指向偏差标定。建立地面演示实验装置,验证此在轨标定方法的可行性。 为验证关键技术,设计出一台焦距3750mm,视场8.5′×8.5′,角分辨率0.5″的望远镜。望远镜主镜为球面,次镜为平面,所用反射镜为在熔石英基底上镀制Mo/Si多层膜的EUV波段反射镜,在17.1nm的反射率25%,反射率的均匀性±2.5%。在关键技术攻关的基础上,集成出一台17.1nm望远镜。


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