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张天一, 朱永田, 侯永辉, 张凯, 胡中文, 王磊, 陈忆, 姜海娇, 汤振, 许明明, 姜明达. LAMOST高分辨率光谱仪研制[J]. 中国光学(中英文), 2019, 12(1): 148-155. doi: 10.3788/CO.20191201.0148
引用本文: 张天一, 朱永田, 侯永辉, 张凯, 胡中文, 王磊, 陈忆, 姜海娇, 汤振, 许明明, 姜明达. LAMOST高分辨率光谱仪研制[J]. 中国光学(中英文), 2019, 12(1): 148-155. doi: 10.3788/CO.20191201.0148
ZHANG Tian-yi, ZHU Yong-tian, HOU Yong-hui, ZHANG Kai, HU Zhong-wen, WANG Lei, CHEN Yi, JIANG Hai-jiao, TANG Zhen, XU Ming-ming, JIANG Ming-da. Construction of a LAMOST high resolution spectrograph[J]. Chinese Optics, 2019, 12(1): 148-155. doi: 10.3788/CO.20191201.0148
Citation: ZHANG Tian-yi, ZHU Yong-tian, HOU Yong-hui, ZHANG Kai, HU Zhong-wen, WANG Lei, CHEN Yi, JIANG Hai-jiao, TANG Zhen, XU Ming-ming, JIANG Ming-da. Construction of a LAMOST high resolution spectrograph[J]. Chinese Optics, 2019, 12(1): 148-155. doi: 10.3788/CO.20191201.0148

LAMOST高分辨率光谱仪研制

doi: 10.3788/CO.20191201.0148
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11473049

国家自然科学基金项目 11473048

国家自然科学基金项目 11603056

详细信息
    作者简介:

    张天一(1989-), 男, 吉林长春人, 博士研究生, 2011年于长春理工大学获得学士学位, 2015年于中国科学院大学获得硕士学位, 主要从事望远镜终端仪器光学设计及杂散光分析方面的研究。E-mail:tyzhang@niaot.ac.cn

    朱永田(1964—),男,吉林长春人,硕士,研究员,博士生导师,1986年于长春理工大学获得学士学位,1989年于中国科学院紫金山天文台获得硕士学位,主要从事天文光谱和高分辨率成像技术、太阳系外行星探测技术等方面的研究。E-mail:ytzhu@niaot.ac.cn

  • 中图分类号: O439;TB133

Construction of a LAMOST high resolution spectrograph

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 11473049

National Natural Science Foundation of China 11473048

National Natural Science Foundation of China 11603056

More Information
  • 摘要: 为了充分利用LAMOST望远镜,实现对银河系不同星族的分布与整体性研究,以及极端贫金属星元素丰度测定等科学目标,研制了LAMOST高分辨率光谱仪,光谱分辨率R ≥ 30 000,光谱覆盖范围380~740 nm。在充分考虑台址因素与现有条件后,采用中继倍率0.7倍的准白瞳设计方案,使用大芯径光纤、拼接大光栅、棱栅组合式横向色散器、缝前像切分器等措施来满足性能要求。进行了效率估算与杂散光分析,光谱仪本体效率峰值大于30%,杂散光照度占CCD总照度的2.55%,信噪比为16.01 dB。试运行阶段实测了太阳光谱,温度稳定性达到±0.03℃,光谱仪效率峰值约为33.5%,满足稳定、高效的运行要求。

     

  • 图 1  光谱分辨能力R×Φ曲线

    Figure 1.  Curve of spectral resolution R×Φ

    图 2  各级次的自由光谱范围

    Figure 2.  Free spectral range of all levels

    图 3  级次间隔分布曲线

    Figure 3.  Curves of linear interval of order

    图 4  缝前单元系统组成示意图

    Figure 4.  Composition of the unit before slit

    图 5  像切分效果示意图

    Figure 5.  Simulation of image segmentation

    图 6  定标灯单元光学系统

    Figure 6.  Optical system of calibrating light unit

    图 7  光谱仪本体光学方案和三维模型

    Figure 7.  Optical design and 3D model of spectrograph body

    图 8  光谱仪本体效率估算曲线

    Figure 8.  Estimate of the efficiency of spectrograph body

    图 9  Aeroglaze Z306 BSDF绘图

    Figure 9.  BSDF scatter plot: Aeroglaze Z306

    图 10  颗粒散射BSDF绘图

    Figure 10.  BSDF scatter plot: IEST-STD-CC1246D

    图 11  LAMOST-HRS太阳光谱(左图)与美国NOAO太阳光谱对比(右图)

    Figure 11.  Comparison between the LAMOST-HRS solar spectrum (left) and the American NOAO solar spectrum(right)

    图 12  单夜温度稳定性测试结果

    Figure 12.  Test results of temperature stability in single night

    图 13  光谱仪本体光效率测试结果(蓝色为理论曲线;红色为测试值)

    Figure 13.  Light efficiency test results of spectrograph body(blue is the theoretical curve; red is the test value)

    表  1  LAMOST-HRS主要技术指标

    Table  1.   Main specifications of LAMOST-HRS

    项目 参数
    光谱分辨率 无限缝下R≥30 000
    波长覆盖范围/nm 380~740
    狭缝对天空张角/(″) 2.25
    准直光束口径/mm 205
    中继倍率 0.7×
    相机焦比 F/2
    阶梯光栅刻线密度/(lp·mm-1) 41.6
    横向色散器刻线密度/(lp·mm-1) 500
    光效率峰值 >30%
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    表  2  预估杂散光背景

    Table  2.   Estimate of background of stray light

    鬼像 散射
    级次 1级 2级 1级 2级
    机械结构 0% 0% 0% 0.01%
    光学面 0.07% 0.13% 2.49% 0.04%
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    表  3  杂散光分析结果

    Table  3.   Results of stray light analysis

    项目 结果
    CCD面总照度 3.15E-01
    平均照度 5.75E-05
    标准差 1.06E-03
    杂散光照度 0.79E-02
    信噪比 16.01 dB
    CCD面杂散光百分比 2.55%
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-03
  • 修回日期:  2018-04-26
  • 刊出日期:  2019-02-01

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