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南京天光所在高精度光譜定標光源研制方面取得新進展

 

高精度光譜定標技術是運用視向速度法進行系外行星探測的關鍵技術之一,具有重要的科學意義。類地行星的探測和研究將定標精度的要求提高到了10 cm/s。中國科學院南京天文光學技術研究所肖東研究員團隊針對發展高精度視向速度測量技術的需求,設計研制了一種可用于高精度光譜定標的基于真空法珀標準具FPE)的高穩定定標光源系統。此類定標系統具有譜線豐富、穩定性好、設計靈活、使用簡便和成本較低等優點。

由于FPE對入射角度、腔長和折射率變化敏感,該團隊從照明、氣壓和溫度穩定性等開展研究,嚴格控制定標譜線穩定性。相關研究成果已于20215月和11月分別發表在國際天文期刊The Astronomical Journal和國際光學工程學會Proc SPIE上。

該團隊結合光纖擾模技術的研究基礎,通過數值模擬和實驗測試定量研究了耦合偏移和光纖擾動對定標光源輸出譜線特性的影響,八邊形光纖和雙光纖擾模器可以極大提高光纖出射場穩定性,從而有效降低這種影響導致的譜線漂移。

團隊研制了滿足定標譜線設計要求的光機系統和真空恒溫系統。系統設計光譜覆蓋范圍500-700 nm,譜線間隔30 GHz600 nm處譜線間隔0.036 nm)。系統真空度可長期維持在10-5 mbar,溫度每天(24 h)的變化在±10 mK以內,預期譜線自身穩定性能到10 cm/s。

后續,團隊將利用激光頻率梳同步定標技術對此定標光源譜線的漂移特性進行研究,并進一步探索驗證此類定標光源的使用方法和實測定標精度。

1  耦合偏移和光纖擾動引起的FPE譜線漂移情況

OF(Octaganal Fiber): 八邊形光纖;DS(Double Scrambler): 雙光纖擾模器

 

2  FPE定標光源總體方案

 

3  FPE定標光源理論輸出譜線(局部),譜線間隔30 GHz

論文第一作者均為2018級碩士研究生郝俊,通訊作者為葉慧琪副研究員。該研究得到國家自然科學基金(11773044, 11903060)及中國科學院天文臺站設備更新及重大儀器設備運行專項等項目的資助。

 

論文鏈接:

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

https://doi.org/10.1117/12.2607080

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