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南京天光所在高精度光谱定标光源研制方面取得新进展

高精度光谱定标技术是运用视向速度法进行系外行星探测的关键技术之一,具有重要的科学意义。类地行星的探测和研究将定标精度的要求提高到了10 cm/s。中国科学院南京天文光学技术研究所肖东研究员团队针对发展高精度视向速度测量技术的需求,设计研制了一种可用于高精度光谱定标的基于真空法珀标准具(FPE)的高稳定定标光源系统。此类定标系统具有谱线丰富、稳定性好、设计灵活、使用简便和成本较低等优点。

由于FPE对入射角度、腔长和折射率变化敏感,该团队从照明、气压和温度稳定性等开展研究,严格控制定标谱线稳定性。相关研究成果已于2021年5月和11月分别发表在国际天文期刊The Astronomical Journal和国际光学工程学会Proc SPIE上。

该团队结合光纤扰模技术的研究基础,通过数值模拟和实验测试定量研究了耦合偏移和光纤扰动对定标光源输出谱线特性的影响,八边形光纤和双光纤扰模器可以极大提高光纤出射场稳定性,从而有效降低这种影响导致的谱线漂移。

团队研制了满足定标谱线设计要求的光机系统和真空恒温系统。系统设计光谱覆盖范围500-700 nm,谱线间隔30 GHz(600 nm处谱线间隔0.036 nm)。系统真空度可长期维持在10-5 mbar,温度每天(24 h)的变化在±10 mK以内,预期谱线自身稳定性能到10 cm/s。

后续,团队将利用激光频率梳同步定标技术对此定标光源谱线的漂移特性进行研究,并进一步探索验证此类定标光源的使用方法和实测定标精度。

图1 耦合偏移和光纤扰动引起的FPE谱线漂移情况

OF(Octaganal Fiber): 八边形光纤;DS(Double Scrambler): 双光纤扰模器

图2 FPE定标光源总体方案

图3 FPE定标光源理论输出谱线(局部),谱线间隔30 GHz

论文第一作者均为2018级硕士研究生郝俊,通讯作者为叶慧琪副研究员。该研究得到国家自然科学基金(11773044, 11903060)及中国科学院天文台站设备更新及重大仪器设备运行专项等项目的资助。

论文链接:

https://doi.org/10.3847/1538-3881/abf045

 

https://doi.org/10.1117/12.2607080