KD*P 型大口径高灵敏度偏振分析器的关键技术研究

Polarimeter is the core element of the magnetic field measurement for solar telescopes. The large-aperture and high-sensitivity polarimeter is the urgent needs of the new generation of large solar telescopes. However, presently it is the lack of large-aperture and fast-modulation materials that seriously hinders the development of high sensitive polarimeter. Therefore, how to develop a large-aperture and high-sensitivity polarimeter becomes an international problem for the new generation large-aperture solar telescopes...KD*P (Potassium dideuterium phosphate) crystal is the only large-aperture electro-optic modulator presently founded, possible to develop a large-aperture and high-sensitivity polarimeter. This project will mainly focus on the research of the key problems in the two aspects of polarization performance and modulation technology of large-aperture KD*P modulated polarimeter, trying to solve the key technical index of high polarization sensitivity for large solar telescopes. Based on these techniques, a prototype machine will be developed, providing the important theoretical basis and technical support for the next generation of large solar telescopes (like as CGST) to realize precise magnetic field measurement. In addition, the research of this project is universal and can be applied to other large astronomical telescopes and polarization remote sensing, having widespread practical values.

偏振分析器是太阳望远镜实现磁场测量的核心部件。大口径、高灵敏度是新一代大太阳望远镜对偏振分析器的迫切需求。然而，目前大口径快速偏振调制材料的缺乏严重阻碍了高灵敏度偏振分析器的发展。因此，如何研制大口径高灵敏度的偏振分析器成为新一代大口径太阳望远镜面临的国际性难题。..KD*P晶体是目前发现的唯一可实现大口径生长的电光调制材料，为攻克这一难题提供了可能。本项目将重点开展KD*P型大口径偏振分析器的偏振性能和调制技术两方面的关键问题研究，力图实现望远镜高灵敏度偏振测量这一关键技术指标；在此基础上研制完成一套原理样机，为我国下一代大太阳望远镜（如CGST等）实现高灵敏度偏振测量提供极其重要的理论依据和技术储备。而且本项目研究成果可应用于其他大型天文望远镜偏振测量和遥感偏振等领域，具有广泛的实用价值。

偏振分析器是太阳望远镜实现磁场测量的核心部件。大口径、高灵敏度是新一代大太阳望远镜对偏振分析器的迫切需求。然而，目前大口径快速偏振调制材料的缺乏严重阻碍了高灵敏度偏振分析器的发展。因此，如何研制大口径高灵敏度的偏振分析器成为新一代大口径太阳望远镜面临的国际性难题。KD*P晶体是目前发现的唯一可实现大口径生长的电光调制材料，为攻克这一难题提供了可能。本项目中，我们基于晶体光学理论，建立了双轴晶体的视场效应分析模型，仿真模拟了KD*P晶体的视场效应与入射角度的关系；然后,研制了大口径KD*P晶体，最大口径达到60*60mm，实测结果表明，60*60mm口径的KD*P晶体各项性能指标满足望远镜需求；在此基础上，优化改进了KD*P偏振调制器的电极安装方式、结构设计、装配模式以及高精密温控设计，极大的降低了大口径KD*P晶体调制过程中的高压漏电、击穿、潮解、温度漂移等风险；最终，设计了两种KD*P偏振分析器：KD*P型线偏振分析器和KD*P型全Stokes偏振分析器，前者可用于白光日冕测量，后者用于矢量磁场测量。优化设计、误差分析以及视场分析表明，该大口径KD*P型偏振分析器的视场可达到2度以上，满足下一代大口径太阳望远镜的偏振测量需求。本项目的研究为下一代大口径太阳望远镜（如CGST等）中高灵敏度偏振分析器的研制提供极其重要的理论依据和技术储备；而且，本项目研究具有普适性, 可应用于其他大型天文望远镜偏振测量和遥感偏振等领域，具有广泛的实用价值。