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1、,基于激光频率梳的天文光谱定标系统肖 东第四届海峡两岸天文望远镜与观测前沿技术研讨会台湾 日月潭2011年11月26日,报告内容,一、激光频率梳(Laser frequency comb)激光频率梳简介激光频率梳的发展二、天文光谱定标太阳系外行星探测现有天文光谱定标三、激光频率梳技术应用于天文光谱定标所面临的挑战四、小结,1.1 激光频率梳技术,激光频率梳以锁模超短脉冲激光器为基础，通过对纵模间隔和初始频率偏移的精密控制，获得到稳定、准确的光谱。,fn=n*frep+,=/2T,纵模间隔：激光器的腔长。初始频率偏移：激光谐振腔内群速度、相速度的不同。,激光频率梳原理(a)时域(b)频域,1.2
2、 激光频率梳的发展,现状:波长覆盖:可见光/近红外:掺钛蓝宝石掺稀土增益介质的光纤激光器重复频率:几百兆赫天文应用对激光频率梳的要求:光谱范围更宽广重复频率大于10GHz天文用激光频率梳的发展动向：激光频率梳的频谱扩展，向短波长或长波长方向扩展基于微腔结构的激光频率梳,2.1 太阳系外行星探测,1989年：Latham,Mayor,et al 探测到了一颗围绕着HD114762的伴星。,1995年：Mayor,Queloz发现51 Peg b。太阳系外行星探测 一个重要里程碑。,视向速度测量法,通过观测恒星光谱的多普勒频移，可以获得有关行星的信息。,早在上个世纪五十年代，美国科学家就提出进行天
3、体的视向速度测量。,2.2 现有天文光谱定标:,碘吸收谱线定标:使用简便；波长覆盖范围500630nm，并拥有有足够多的特征用来进行定标；碘本身安全、化学稳定，只具有轻微的腐蚀性；碘盒对由望远镜搜集到的天体光有较大的衰减；不能覆盖整个可见光范围。钍氩灯同步定标:光谱覆盖范围宽310nm1100nm；钍氩灯自身的结构限制了它的长期稳定性。在钍氩灯的整个工作寿命期间，钍氩灯谱线的波长和强度都会发生微小的变化，进而引入测量的系统误差。,两者共同的缺点:谱线空间分布不均匀；谱线强度差异较大；长期稳定性不好；满足探测类地行星所需的精度要求。,激光频率梳技术应用于天文光谱定标,2008年，德国马克思-普朗
4、克量子光学研究所与ESO合作将激光频率梳安装到德国真空太阳塔望远镜上，观测到太阳光谱的多普勒频移。,2010年，采用激光频率梳给ESO的HARPS进行定标，获得了15厘米/秒的重复定标精度。,3.激光频率梳技术应用于天文光谱定标所面临的挑战,激光频率梳谱线间隔的提高光纤传输系统的输入耦合光纤传输系统光纤传输系统输出耦合环境因素对测量精度的影响,核心:激光频率梳输出光束的频率高保真传输。,激光频率梳重复频率的提高：采用腔外法布里珀罗（F-P腔）滤波装置来提高谱线间隔。根据F-P腔的边摸抑制特性，将采用单F-P腔或级联的F-P腔来达到最终的谱线间隔要求。,激光频率梳光束在多模光纤中的传输,采用扰模
5、技术，增加光纤中模式之间的耦合，使光纤的空间、透过特性均匀。,扰模技术：机械扰模：利用机械的方法使光纤产生微弯曲。,光纤变换扰模：在阶跃折射率的光纤中接入一段渐变折射率的光纤。,外界物理环境对系统稳定性的影响针对温度、压力通过折射率和色散等效应对测量精度的影响，将采用相应的措施来降低影响。一种方案是采用恒温、恒压的方法，另一种方案将采用整个系统抽真空的方法。同时还要考虑减振措施来降低振动所造成的影响。,激光频率梳，光纤传输系统，光谱仪的有效耦合焦比劣化问题：,小 结,采用激光频率梳技术进行天文光谱定标正在成为一种趋势。将激光频率梳技术应用于天文光谱定标，还有许多关键技术有待解决。这是一项具有挑战性的研究工作。,谢 谢！,fn=nfrep+f2n=2nfrep+2fn=2(nfrep+)2fn-f2n=2(nfrep+)-(2nfrep+)=,
