学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

原子鉴频及其在太阳观测中的应用

作　者: 杨勇
导　师: 王谨; 李发泉
学　校: 中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）
专　业: 原子分子物理
关键词: 原子鉴频原子滤光太阳观测高光谱分辨光电探测
分类号: TH753.1
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 19次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

原子鉴频器是一种基于原子跃迁的新型光学鉴频器件,具有透射带宽窄、透射谱型稳定的特点,因此在光电探测等领域具有独特优势。基于原子鉴频的高光谱分辨率太阳观测,可以实现太阳光球层和色球层的速度场、磁场观测；能够为太阳物理研究和应用提供高分辨率观测数据；成为监视太阳剧烈活动,进行空间天气预报的有效观测手段。本文调研了高光谱分辨率太阳观测的意义及发展趋势后,以原子鉴频技术及其在高光谱分辨率太阳观测中的应用为中心开展研究。对基于原子跃迁的光学器件的理论和技术开展了较为系统的研究,开发了原子鉴频器模拟软件,用于指导原子鉴频器的研制。分析了原子鉴频器应用于光电探测系统时出现的有效透射率问题及解决方法。在此基础上,发展出多种新型的原子光学器件。其中,普通型和紧凑型双通道原子滤光器的成功研制,有效地提高了传统原子滤光器的透射率,而双峰原子鉴频器和塞曼吸收原子鉴频器的成功研制,则是实现了传统原子器件的技术和功能扩展,满足了高光谱分辨太阳观测的需求。研制了四峰透射原子鉴频器,并提出基于四峰透射原子鉴频器的太阳层析观测,具有创新意义。为了开展高光谱分辨率太阳观测,设计并研制了两种基于原子鉴频的太阳观测实验系统,包括法拉第原子鉴频器和塞曼吸收鉴频器级联实现高分辨的实验系统以及法拉第原子鉴频器和标准具级联实现高分辨的实验系统。采用法布里珀罗标准具光学选峰的实验系统,不仅稳定性高,光谱分辨能力强,而且还具有调谐方便的优点。利用上述实验系统开展高光谱分辨率太阳观测,成功地获得了太阳全日面的多普勒速度观测结果。对观测结果进行图像处理,扣除太阳较差自转以及引力红移等因素的影响,获得了太阳速度场的初步结果。这是在国内首次获得基于原子鉴频的太阳观测结果,为我国太阳观测研究提供新型观测手段和科学数据。最后进行了误差分析,并结合激光雷达观测结果,分析了地球大气对高光谱分辨率太阳观测的影响。

全文目录

致谢  4-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-11
插图目录  11-14
表格目录  14-15
1 引言  15-25
  1.1 高光谱分辨率太阳观测的意义  15-16
  1.2 高光谱分辨率太阳观测的方法  16-21
    1.2.1 光学机制鉴频器  17-18
    1.2.2 原子机制鉴频器  18-19
    1.2.3 两类鉴频器的比较  19-21
  1.3 高光谱分辨率太阳观测的现状与发展趋势  21-23
  1.4 本文的研究工作  23-25
2 原子鉴频器的理论模拟与实验研究  25-53
  2.1 原子蒸气的复折射率  25-34
    2.1.1 磁场、电场中的原子跃迁频率  25-31
    2.1.2 原子布居数密度与原子跃迁几率  31-33
    2.1.3 钠原子蒸汽的复折射率  33-34
  2.2 原子鉴频器的原理、结构与理论模拟  34-38
    2.2.1 法拉第原子鉴频器结构与原理  35-37
    2.2.2 塞曼吸收鉴频器结构与原理  37-38
    2.2.3 原子鉴频器模拟软件  38
  2.3 原子鉴频器的实验研制与测试  38-42
    2.3.1 实验研制与测试方法  39-40
    2.3.2 测试结果  40-42
  2.4 通道原子鉴频器的实验研究  42-48
    2.4.1 通道法拉第原子鉴频器  42-44
    2.4.2 紧凑型双通道法拉第原子鉴频器  44-48
  2.5 原子鉴频器的有效透射率  48-53
3 用于太阳观测的原子鉴频器的研制  53-71
  3.1 太阳速度场观测对鉴频器的性能需求  53-60
    3.1.1 夫琅禾费谱线形成  53-57
    3.1.2 太阳视向速度观测双边沿鉴频方法  57-59
    3.1.3 太阳速度观测对鉴频器的性能需求  59-60
  3.2 用于太阳速度场观测的原子鉴频器的研制  60-67
    3.2.1 双峰透射法拉第原子鉴频器的研制  61-65
    3.2.2 塞曼吸收鉴频器的研制  65-67
  3.3 用于太阳层析观测的原子鉴频器的研究  67-71
4 太阳速度场观测实验系统的研制  71-93
  4.1 系统整机设计  71-73
  4.2 太阳跟踪单元的研制  73-78
    4.2.1 赤道式太阳跟踪装置  73-74
    4.2.2 定天镜跟踪太阳  74-75
    4.2.3 定天镜反馈控制  75-78
  4.3 成像、采集单元的研制  78-82
    4.3.1 前置滤光、对焦与平场  79-80
    4.3.2 原子鉴频器成像能力的提高  80-82
  4.4 基于塞曼吸收鉴频器选峰的实验系统  82-84
  4.5 基于法布里珀罗标准具选峰的实验系统  84-93
    4.5.1 法布里珀罗标准具选峰器的研制  85-88
    4.5.2 基于标准具选峰的实验观测  88-93
5 太阳观测结果及误差分析  93-111
  5.1 初步观测结果与图像预处理  93-94
  5.2 太阳视向速度反演  94-102
    5.2.1 引力红移  94-95
    5.2.2 太阳较差自转  95-99
    5.2.3 视向速度反演  99-100
    5.2.4 实验结果分析  100-102
  5.3 误差分析  102-111
    5.3.1 系统噪声  102-103
    5.3.2 大气对高光谱分辨率观测的影响  103-111
6 总结与展望  111-117
  6.1 本文工作总结  111
  6.2 展望  111-117
    6.2.1 原子鉴频技术  112-114
    6.2.2 磁场与日震观测  114
    6.2.3 引力红移探测  114-117
参考文献  117-133
A 等离子体色散函数  133-137
B FALC太阳大气模型  137-143
作者简历  143-147
学位论文数据集  147

原子鉴频及其在太阳观测中的应用

内容摘要

全文目录

相似论文