第32卷，第3期 2012年3月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
太阳极紫外成像光谱仪光学系统设计
刘壮1-2，巩岩1
Vol.32,No.3,pp834-838
March,2012
1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林长春130033 2、中国科学院研究生院，北京100049
摘要在极紫外波段对太阳进行超光谱成像观测是研究太阳上层大气，日冕中等离子物理特性的重要手段。依据太阳极紫外成像光谱仪的应用，结合国内外极紫外成像光谱仪发展现状，制定了太阳极紫外成像光谱仪的性能指标。通过比较各种光学结构的优缺点，选择望远镜与光谱仪组合的结构。讨论并选择了可用的基本元器件，望远系统采用离轴抛物面反射镜，分光器件为高密度超环面等间距光栅。设计出符合指标的光学系统。最后给出了太阳极紫外成像光谱仪的设计过程、详细参数与结果。光学系统的工作波段为17.0～ 21.0nm，视场是1228"×1024*，空间分辨率达到0.8arcsec·pixel-，光谱分辨率约为0.00198nm， pixel-1，系统总长度约为2.8m。
关键词光学设计；成像光谱仪；极紫外；离轴抛物面反射镜；超环面光概
中图分类号：TH741.4
引言
文献标识码：A
DOI; 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2012)03-0834-05
太阳极紫外成像光谱仪相比，多项重要性能参数均有所提高。
成像光谱技术将成像技术与光谱技术结合在一起，获取的光谱图像数据是二维空间和一维光谱构成的三维图像立方体，实现“图谱合一*。极紫外波段的辐射线能够表征太阳大气外层中等离子体从2X10*~2×10°K的温度性征。太阳极紫外成像光谱仪(SEUIS)用于观测极紫外波段的具有空间分辨率的光谱辐射线，通过测量重要辐射线的强度与线形，可获得太阳大气中等离子体的温度、密度、流速与分布量等信息，这些信息是研究日冕变热，太阳风加速等太阳活动机理的必要条件。
1971年9月美国航空航天局发射的OSO-.卫星第一次搭载了用于太阳观测的具有空间分辨能力的核紫外光谱仪。目前，最具有代表性的成像光谱仪有SOHO(太阳和日球层观测站)卫星所搭载的CDS(日冕诊断光谱仪)，俄罗斯与乌克兰联合发射的CORONAS-PHOTON卫星的EUSH(极紫外太阳摄谱仪)与Solar-B卫星所搭载的EIS(极紫外成像光谱仪)。美国航空航天局与欧空局计划于2015年发射的Solar Orbiter卫星，EUS（极紫外光谱仪）将是其重要的设备之_[28]
本工作制定了SEUIS设计的指标，讨论并选择了光学结构及基本元件，设计出符合要求的光学系统。与已应用的收稿日期：2011-07-19，修订日期：2011-10-20
基金项目：国家自然科学基金项目（40974110）资助
1太阳极紫外成像光谱仪光学系统设计 1.1性能指标
为得到极紫外辐射线的最详尽的信息，理想的SEUIS 必须同时兼备高空间分辨率，高光谱分辨率，宽光谱范围，大视场与高灵敏度。极紫外观测只能在地球大气层外进行，这就要求SEUIS具有紧凑的结构，小质量与克服恶劣空间环境的能力。结合目前国外太阳极紫外成像光谱仪的现状与国内光学零件的加工水平，制定SEUIS光学系统的主要性能指标如：工作波段：17.0～21.0nm；视场：1228× 1024"；像元空间分辨率：0.8arcsec·pixel-"，光谱分辨率：好于0.0020nm·pixel-"，光线密度：4200lines mm""，总长度；<3m:成像质量：空间方向与光谱方向的 RMS均方根)半径值小于像元尺寸1/2，各视场在特征频率
处的MTF(调制传递函数)值均大于0.5。 1.2结构选择
极紫外成像光谱仪的结构可分为四类：第一类是望远镜加凹面光栅，第二类是平面光栅加聚焦反射镜，第三类是 Wadsworth结构，利用凹面光栅即能聚焦又能分光的特性，第四类是两个聚焦方向独立的望远镜与柱面光栅的组
作者简介：刘壮，1986年生，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博士研究生万方数据
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