碘吸收盒定标技术改进的研究

A precise measurement of radial velocity of stars is a powerful technique in the search for extrasolar planets and for detecting solar-type oscillations. The iodine absorption cell calibration technique is one of the key tools to ensure achieving a high precision radial velocity measurement. This technology can obtain 1m / s radial velocity measurement precision is based on the I2 absorption lines are dense and narrow, and the observations and calibration that share the same optical path. The absorption lines that are superimposed on stellar spectrum contain the instrument profile change information and seeing, guiding change information. The information can be used for correcting wavelength shift caused by guiding and seeing changing in the data processing. The disadvantage of the application mode of iodine cell is the efficiency loss and spectral contamination. This project proposes a novel mode for iodine absorption cell application. It has maintained a unique advantage of the iodine vapor cell, and the elimination of iodine vapor absorption loss. The method can improve the radial velocity measurements with a precision of 20% ~ 30%. The project also explored a novel method used for reducing error of measuring caused by slit illumination changes. In contrast to the use of double optical fiber scrambler method, the method can improve the efficiency of 20% ~ 30%. This method can also be used for the laser frequency comb calibration technology in the future.

高精度视向速度测量是系外行星探索及星震学研究的强有力工具。目前使用的碘蒸汽盒定标技术是保证高精度视向速度测量的主要手段之一。该技术之所以可以获得1m/s的视向速度测量精度一方面是基于碘蒸气盒对光的吸收特性，另一方面是因为观测和定标共享同一光路，叠加在恒星光谱上的碘蒸气吸收线包含了仪器轮廓变化信息及seeing、导星的变化信息，利用这些信息可在数据处理时校正相应变化引起的波长漂移。此种碘吸收盒的运用模式，会带来效率损耗和光谱污染。本项目提出了一种新型的碘吸收盒定标运用模式，它既能保持碘蒸气盒的特有优势，又能消除碘蒸气的吸收损耗。该方法可以把视向速度测量精度提高20%~30%。. 探索了一种新方法来改善seeing变化及导星偏差引起的光谱仪狭缝照明不稳定影响，与目前采用的方法相比避免了星光损耗，为今后激光频率梳技术运用中涉及的相关问题提供一个解决方案。

高精度视向速度测量是系外行星探索及星震学研究的强有力工具。碘蒸汽盒定标技术可以获得很高的定标精度，但观测和定标共光路的设计也带来约30%的光效率损失和光谱污染。针对现有碘吸收盒定标缺陷，本研究课题提出了碘吸收盒同步定标方法，将碘吸收盒从科学观测光路移入到定标光路。定标光路实时测量大气扰动的望远镜波前畸变，产生于望远镜光路相同的波长畸变。.以2.16m望远镜和高分辨率光谱仪为模型，建立了基于Zernike系数的大气视宁度波前仿真和高分辨率光谱仪的数值仿真模型，并编制了数值模拟程序。模拟分析了影响光谱定标的因素。这些因素包括大气视宁度、光谱仪观测星等与曝光时间等。经过充分的调研，最终选用液晶空间光调制器（SLM）模拟产生大气视宁度变化、导星误差和仪器轮廓漂移引起的望远镜波前的畸变，并在实验室搭建了碘吸收盒同步定标的实验装置，并实验测试碘吸收盒同步定标精度。理论分析和实验测试结果均表明提出的碘吸收盒同步定标方法是可行的，碘吸收盒可以从光谱仪观测光路中移入到定标光路中，可实现相同的定标精度。.该方式可有效的消除碘吸收盒对科学目标光谱的污染和吸收，可在一定程度上改善光谱仪信噪比，仪器性能得到了提升。为国内现有光谱仪性能的改进提供了快速、高性价比的技术手段。探索了一种新方法来改善seeing 变化引起的光谱仪狭缝照明不稳定影响，与目前采用的双光纤稳定法（fiber scrambler）相比，避免了星光损耗，也为今后激光频率梳运用中涉及的相关问题提供一个解决方案。