中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

近年来我国在天文观测领域发展迅速，天文界对光学观测设备的要求不断提高，国内2米级光学望远镜已经很难满足我国天文研究工作者的观测需求。当前国际上正在设计建造下一代极大望远镜，但主流的中大型望远镜仍在发挥着中流砥柱的作用。中国天文学家迫切需要一台配置在中大型望远镜上的通用新型光谱仪平台，用于深入开展星系、星团和恒星等以及时域天文学方面的研究。新一代光谱仪平台可安装在5米级望远镜上，相比上一代仪器，性能大幅提升，在满足科学需求的同时实现宽波段、高通量、高稳定性和高观测效率，可支撑中国天文学家开展有国际显示度的天文观测前沿研究。

本文着眼于新一代光谱仪的紫外通道研究，仪器将安装在望远镜的卡焦平台，核心目标是追求极限通光效率，310nm-436nm紫外波段的平均效率需接近50%。此外，紫外通道光学系统要求达到0.3角秒的优良像质，同时在-10℃~30℃范围内都要保持稳定，这意味着需要在宽温度区间实现极高的像质稳定性，相比国际同类仪器具有强大的竞争力。本文在新一代光谱仪的紫外通道研究做了以下工作：

1. 仪器前端将连接自适应光学或像切割器，工作在开放自然环境下的光谱仪在紫外波段面临高通光效率、高像质及高稳定性的技术挑战。论文研究了三种不同方案的消热相机，解决了常规设计不能满足和兼顾这三个方面的要求的问题。对比分析了多透镜组相机、液体透镜相机以及施密特反射式相机在成像质量和温度稳定性方面的差异。其中，液体透镜相机简捷高效，在实现光学消热及宽温度范围的像质稳定性上具有潜在的工程应用价值。
2. 提出了基于一种不同的施密特相机的紫外通道光学系统，通过与准直镜系统进行像差平衡，实现了大离轴量光学系统的全视场高像质光学方案，并且可以通过结构优化实现良好的温度稳定性。分析了紫外通道光学系统的像质、分辨率、效率、公差、鬼像以及像点漂移，其具有以下特征：反射式光路减小了紫外波段的吸收，通光效率有所提升；结构紧凑，空间利用率高；提供大视场的同时，可获得优良的像质；在宽温度范围内，成像RMS光斑直径皆小于7μm，具有极高的成像温度稳定性。
3. 将用于测量探测器横向电荷扩散的虚拟刀口法引入新一代帕洛马天文台光谱仪的像质测量中，解决了光谱仪器欠采样像质测量的问题，同时实现了仪器物面光源尺度的测量。研究了完整的光谱仪系统集成方法，测试结果表明仪器性能优良，紫外通道本体效率大于60%，像质达到0.3角秒，无渐晕全视场大于185.4角秒，光谱覆盖310nm-440nm波段，顺利通过国际评审。