10m级光学红外望远镜的高分辨率光谱仪

中阶梯光栅光谱仪的光学设计唐玉国;宋楠;巴音贺希格;崔继承;陈今涌【摘要】为了在更宽波段范围内获得较高的分辨率,实现全谱直读,对中阶梯光栅光谱仪进行了研究.简述了中阶梯光栅及中阶梯光栅光谱仪的基本原理,分析并比较了这种光谱仪与普通平面闪耀光栅光谱仪的区别.利用光学成像原理与消像差理论设计了Czerney-Turner结构形式的中型高分辨率中阶梯光栅光谱仪原理样机的光学系统.该光学系统工作在原子谱线最为密集的200～500 nm波长处;为简化计算,在设计中消除了350 nm波长的所有像差;光线对中阶梯光栅在准Littrow条件下入射,以获得高衍射效率;使用折反射棱镜作为交叉色散元件来分离重叠的级次,在CCD探测器上获得了二维光谱面.该光学系统有较好的平场特性及点对点成像能力,在整个工作波长分辨率可达到2 000～15 000,满足设计要求.该仪器可用于原子发射和吸收光谱的研究工作,通过替换不同的探测器及增加外围电路与软件平台,仪器的工作性能可进一步提高.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2010(018)009【总页数】7页(P1989-1995)【关键词】中阶梯光栅光谱仪;中阶梯光栅;光学设计;交叉色散【作者】唐玉国;宋楠;巴音贺希格;崔继承;陈今涌【作者单位】中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,研究生院,北京,100039;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,研究生院,北京,100039;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033【正文语种】中文【中图分类】TH744.11 引言普通闪耀光栅用于光谱仪器时，为了避免级次重叠只能使用低衍射级次（如－1级或－2级）。

天文技术（可见光和红外）专业学科进展报告⏹国际上8－10米地面光学/红外望远镜自20世纪90年代以来，世界上已有14架8~10m级光学/红外天文望远镜相继建成并用于天文观测，这些望远镜分别是：由美国Lick天文台、加州理工学院(California Institute of Technology)、夏威夷大学(University of Hawaii)和美国宇航局(NASA)共同研制的2架10m拼镜面望远镜KeckⅠ和KeckⅡ，这两架望远镜分别在1994年2月和1996年10月安装在夏威夷的Mauna Kea。

由美国、英国、加拿大、阿根廷、智利和巴西6个国家共同投资兴建的2架单镜面8.2m望远镜Gemini，其中1架(Gemini North)已于1999 年初安装在夏威夷的Mauna Kea，另1架(Gemini South)将在2001年3月底安装在智利的Cerro Pachon。

由美国McDonald天文台、宾夕法尼亚州立大学、斯坦福大学和德国慕尼黑Ludwig-Maximilians大学、戈丁根Georg-August大学联合研制的1架9.2m望远镜HET，1997年10月安装在美国德克萨斯州的Fort Davis山，1999年10月开始试观测。

欧洲南方天文台(ESO)的4架8米望远镜VLT，1998-2000年间安装在智利的La Paranal观测站。

日本国立天文台联合夏威夷大学研制的1架8.2m望远镜Subaru，1998年12月安装在夏威夷的Mauna Kea。

此外，还有3个计划共4架8~10m级望远镜在2000-2005年间投入运行，它们是：美国亚利桑那大学、德国马普天文研究所、意大利Acetri天文台、美国俄亥俄州立大学联合研制1架8.4m 大双筒望远镜LBT，西班牙1架仿Keck 10m望远镜GTC(Gran Telescopio Canarias)和南非1架仿HET 10m望远镜SALT(Southern African Large Telescope)。

全球十大最大望远镜排行榜天文望远镜自诞生至今，已经有400多年的历史了，为人类探索浩瀚星空立下了汗马功劳，而在全球范围内，十大天文望远镜这个排行榜上，都有哪些著名的天文望远镜能名列其中呢?以下是由店铺整理关于全球十大最大望远镜排行榜的内容，希望大家喜欢!1、加那列大型望远镜加那列大型望远镜(Gran Telescopio Canarias)，是目前世界上最大的地面基础望远镜，位于西班牙帕尔马加那列岛屿中的一个小岛上。

这个望远镜可以说是个庞然大物，镜面直径长达10.4米，由36个定制的镜面六角形组件构成，安装需要精确至1毫米范围。

这家伙的建立，可以说是烧钱也不为过，早期投资高达1.75亿美元。

2、凯克望远镜W. M.凯克望远镜(Keck I & II)坐落于夏威夷莫纳克亚山顶，是两个完全一样的望远镜，它们分别是由36块镜面六角形组件构成，整体镜面直径为10米，每块镜面口径均为1.8米，而厚度仅为10厘米，通过主动光学支撑系统，使镜面保持极高的精度。

该望远镜主要设备有三个：近红外摄像仪、高分辨率CCD探测器和高色散光谱仪。

每台望远镜有8层楼高，重300吨，目前天文观测精度可达到毫微米程度。

莫纳克亚山天文台(Mauna Kea Observatories)坐落的休眠火山莫纳克亚山(又称冒纳凯阿山)顶峰上，海拔4205米，是世界著名的天文学研究场所。

所有的设施都在莫纳克亚(冒纳凯阿)的科学保留区，占地500英亩，被特别称为“天文园区”的土地内。

3、非洲南部大型望远镜非洲南部大型望远镜，简称为SALT，位于非洲南部的一个小山顶上，它是南半球最大的单光学望远镜。

它是由91块镜面六角形组件构成，整体镜面实际有效直径为10米。

望远镜能够探测到月球距离如同烛光的微弱光线，该望远镜于2005年首次投入使用。

来自南非、美国、德国、波兰、英国和新西兰等国家的天文学家均使用过非洲南部大型望远镜。

4、霍比-埃伯利望远镜霍比-埃伯利望远镜位于美国德克萨斯州福瓦克斯山，简称为HET，它与非洲南部大型望远镜十分相似。

大型光学望远镜凯克望远镜（Keck Ⅰ，Keck Ⅱ）凯克望远镜是当前世界上已投入工作的口径最大的光学望远镜之一，Keck Ⅰ和Keck Ⅱ分别在1991年和1996年建成，它们配置完全一样，而且都放置在夏威夷的莫纳克亚，用于干涉观测。

它的名字源于为它捐赠建造经费的企业家凯克（W.M.Keck）。

它们的口径都是10米，由36块六角镜面拼接组成，每块镜面口径均为1.8米，而厚度仅为10厘米，通过主动光学支撑系统，使镜面保持极高的精度。

焦面设备有三个：近红外照相机、高分辨率CCD探测器和高色散光谱仪。

“凯克这样的大望远镜，可以让我们沿着时间的长河探寻宇宙的起源，甚至能让我们一直向回看，看到宇宙最初诞生的时刻。

”欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）欧洲南方天文台自1986年开始研制由4台8米口径望远镜组成一台等效口径为16米的光学望远镜。

这4台8米望远镜排列在一条直线上，它们均采用地平装置，主镜采用主动光学系统支撑，指向精度为1秒，跟踪精度为0.05秒，镜筒重量为100吨，叉臂重量不到120吨。

这4台望远镜可以组成一个干涉阵，做两两干涉观测，也可以单独使用每一台望远镜。

大天区面积多目标光纤光谱望远镜（LAMOST）LAMOST是中国于2008年10月建成的一架有效通光口径为4米、焦距为20米、视场达20平方度的中星仪式的反射施密特望远镜。

它把主动光学技术应用在反射施密特系统，在跟踪天体运动中作实时球差改正，实现大口径和大视场兼备的功能。

LAMOST的球面主镜和反射镜均采用拼接技术，并且采用多目标光6纤的光谱技术，光纤数可达4 000根，而一般望远镜只有600根。

LAMOST将极限星等推到20.5等，比SDSS计划（美国斯隆数字巡天计划）高2等左右。

该望远镜已于2010年4月17日被正式冠名为“郭守敬望远镜”。

6第六章射电望远镜1932年，央斯基（Jansky K.G.）用无线电天线探测到来自银河系中心人马座方向的射电辐射，从而标志着人类打开了在传统光学波段之外观测天体的第一个窗口。

哈勃空间望远镜科技名词定义中文名称：哈勃空间望远镜英文名称：Hubble space telescope;HST定义：1990年4月24日发射的，设置在地球轨道上的，通光口径2.4m的反射式天文望远镜。

用于从紫外到近红外(115—1 010nm) 探测宇宙目标。

配备有光谱仪及高速光度计等多种附属设备。

由高增益天线通过中继卫星与地面联系。

计划工作15年。

为纪念E.P.Hubble而得名。

所属学科：天文学（一级学科）；天文仪器（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope，缩写为HST），是以天文学家爱德温·哈勃（Edwin Powell Hubble）为名，在轨道上环绕着地球的望远镜。

它的位置在地球的大气层之上，因此获得了地基望远镜所没有的好处-影像不会受到大气湍流的扰动，视相度绝佳又没有大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。

于1990年发射之后，已经成为天文史上最重要的仪器。

它已经填补了地面观测的缺口，帮助天文学家解决了许多根本上的问题，对天文物理有更多的认识。

哈勃的哈勃超深空视场是天文学家曾获得的最深入（最敏锐的）的光学影像。

目录简述发展历史广域和行星照相机维护与改进数据接收与处理哈勃成就后继者哈勃部分作品欣赏展开编辑本段简述大气层中的大气湍流与散射，以及会吸收紫外线的臭氧层，这些因素都限定了地面上望远镜做进一步的观测。

太空望远镜的出现使天文学家成功地摆脱地面条件的限制，并获得更加清晰与更广泛波段的观测图像。

空间望远镜的概念最早出现上个世纪40年代，但一直到上个世纪90年代，哈勃空间望远镜才正式发射升空，并观测迄今。

哈勃空间望远镜属于美国航空航天局(NASA)与欧洲航天局(ESA)的合作项目，其主要目标是建立一个能长期在太空中进行观测的轨道天文台。

它的名字来源于美国著名天文学家埃德温·哈勃。

一、巨型太阳望远镜( Giant Solar Optical Telescope 简称GISOT)GISOT是一个巨型高分辨太阳望远镜方案（椭圆主镜11mx4m）,中心子镜4m，两边各有3块2m子镜，8个小子镜填充缝隙（减少了中央峰值以外的衍射光）。

GISOT工作波长近紫外～近红外（380nm～2200nm）,采用地平式机架，开放式结构，计划利用自适应光学（Tip/Tilt+变形镜）加事后斑点干涉像复原技术，在可见光处分辨率可达0.01角秒（10km）,是太阳物理界的E-ELT、TMT。

瑞典1米太阳望远镜（SST） 分辨率 0.1角秒（可见光处） 德国1.5米太阳望远镜（Gregor）分辨率 0.07角秒（可见光处） 美国4米太阳望远镜（ATST） 分辨率 0.03角秒（可见光处）GISOT采用30m直径可折叠帐篷式圆顶，位于60m高塔架上。

主镜子镜是轻型镜面，镜面背部开有三角形空腔，镜面侧支撑在空腔内（不在镜面边缘），可使镜面彼此靠得更近。

空腔内还有空气冷却系统。

主镜抛物面（11mx4m）,焦距18500mm。

次镜抛物面，直径340mm，焦距500mm。

GISOT光学系统图两种工作模式：1）：共焦所有子镜元件共焦，需要高精度的指向控制，指向探测系统可采用太阳自适应光学波前探测系统。

2）：共位相这需要对主镜元件进行高精度轴向控制（“piston”误差）。

普通的自适应光学波前探测技术（基于Shackhartman）,不能测量“piston”误差，要用干涉测量方法。

有两种方法实现共位相测量a):用几个白光麦克尔逊干涉仪在子镜两两接触区域（有10个这样的区域）测量6个“piston”误差。

b):在曲率中心干涉测量（需要零位补偿）上述两种方法都不能探测大气引起的piston误差（在1um处将达10个波长），探测大气引起的piston误差可采用修正型Dame干涉仪。

参考文献1：GISOT: A giant solar telescopehttp://dot.astro.uu.nl/rrweb/dot-publications/gisot2004.pdf2004年SPIE Vol.5489二、印度2米太阳望远镜计划（India National Large Solar Telescope 简称NLST）印度天体物理研究所提出在喜玛拉雅山地区建造一个2米级的太阳望远镜。

Nicolet iN10傅立叶变换红外显微光谱仪简介Nicolet iN10TM系列傅立叶变换红外显微光谱仪是全球服务科技的领导者赛默飞世尔科技2008年推出的又一项从傅立叶红外光谱仪产品中脱颖而出的领先技术。

Nicolet iN10TM系列傅立叶变换红外显微光谱仪突破传统理念，采用高度集成化和高效的光学设计，使显微红外光谱分析更为精准快捷，是红外显微测量技术的又一新的发展，2009年荣获了世界著名的R&D 100大奖（获奖评语：Nicolet iN10系列以其出色的能力有效地解决了显微红外光谱仪所面临的主要挑战，即系统集成化，操作简易性，准确性和快速，被评选为2009年全球100个投放市场最重要的科技产品之一）。

Nicolet iN10TM傅立叶红外显微光谱仪主要特点：一．高集成化红外显微光谱仪- Nicolet iN10TM傅立叶红外显微光谱仪采用整体化光学设计红外显微光谱仪的干涉仪具有三维激光控制自动调整和每秒13万次高精确动态准直扫描控制的领先功能，保证长期检测的高稳定性、准确性，无光谱偏离和失真；内置EverGlo TM长寿命高能量红外光源、分束器和HeNe激光器等光学系统，无需外接FTIR光谱仪主机，优化光程和整体密封干燥的技术，提高了红外显微光学仪器的稳固性，操作和维护便利性。

二．高灵敏度显微光学系统- Nicolet iN10红外显微光谱仪1）采用高集成光学设计，提供任一采样模式下均具有超高灵敏度和最大化光学效率；2）专利的数字光圈数值为0.7的高光通量红外显微物镜和聚焦镜，提升红外显微检测的灵敏度；3）高灵敏度设计的显微光学系统标准配置室温DTGS检测器，可以无需液氮条件下对常规小样品进行检测；4）高灵敏度显微光学系统可同时配置多检测器自动切换，满足各种显微样品检测方式；5）高灵敏高稳定MCT 检测器液氮保持时间大于18小时，保证长时间红外显微检测光谱的高灵敏可靠性；6）显微衰减全反射(ATR)检测装置,具有独到的光通量大于50%的高灵敏度检测性能和确观察定位、自动压力控制、压力数值显示控制操作和防沾污等功能。

现代天文望远镜的技术进展天文学作为探索宇宙奥秘的学科，对观测设备的要求一直很高。

随着科技的不断发展，现代天文望远镜的技术也在不断进步。

本文将探讨现代天文望远镜的技术进展，包括光学技术、射电技术、红外技术等方面的最新发展情况。

光学技术光学技术一直是天文观测中至关重要的一环。

近年来，现代天文望远镜在光学技术方面取得了重大突破。

例如，自适应光学技术（AO）被广泛运用于大型光学望远镜中，通过实时调整镜片形状来抵消大气湍流对光线的干扰，提高了观测分辨率和图像质量。

此外，光纤光谱仪的应用也为天文学研究带来了新的机遇，它能够对星系、恒星等天体的光谱进行高精度测量，从而揭示它们的物理性质和演化过程。

射电技术射电天文学是现代天文学中一个重要的分支，射电技术在天文观测中具有独特的优势。

随着射电干涉阵列技术的发展，现代射电望远镜的分辨率和灵敏度得到了显著提高。

比如，中国FAST（500米口径球面射电望远镜）是目前世界上口径最大、最灵敏的单口径球面射电望远镜，其建成为天文学研究开辟了新的视野。

此外，射电脉冲星、射电波段的宇宙微波背景辐射等研究也取得了重要突破。

红外技术红外天文学在探测恒星形成区、行星系统、星系演化等方面具有独特优势。

近年来，随着红外探测器和光栅技术的不断创新，红外观测设备的性能不断提升。

例如，欧空局的“詹姆斯·韦伯”太空望远镜拥有极其灵敏的红外探测器和先进的光谱仪器，可以深入观测宇宙中红移较高的天体，帮助科学家们解开宇宙诸多谜团。

多波段综合为了更全面地揭示宇宙及其中各种天体的性质和演化规律，现代天文观测往往需要多波段综合观测。

多波段综合观测需要多个波段同步地获取数据，并进行有效地组合和分析。

例如，结合光学、射电和红外观测数据可以帮助科学家们更全面地理解天体特性、形态结构以及相互关系。

结语随着科技不断发展，现代天文望远镜的技术将会进一步突破传统限制，为我们揭示更加神秘壮丽的宇宙奥秘提供更强有力支持。

天文望远镜天文望远镜是观测天体的重要手段，可以毫不夸大地说，没有望远镜的诞生和发展，就没有现代天文学。

随着望远镜在各方面性能的改进和提高，天文学也正经历着巨大的飞跃，迅速推进着人类对宇宙的认识。

从第一架光学望远镜到射电望远镜诞生的三百多年中，光学望远镜一直是天文观测最重要的工具，下面就对光学望远镜的发展作一个简单的介绍。

折射式望远镜1608年，荷兰眼镜商人李波尔赛偶然发现用两块镜片可以看清远处的景物，受此启发，他制造了人类历史第一架望远镜。

1609年，伽利略制作了一架口径4.2厘米，长约1.2米的望远镜。

他是用平凸透镜作为物镜，凹透镜作为目镜，这种光学系统称为伽利略式望远镜。

伽利略用这架望远镜指向天空，得到了一系列的重要发现，天文学从此进入了望远镜时代。

1611年，德国天文学家开普勒用两片双凸透镜分别作为物镜和目镜，使放大倍数有了明显的提高，以后人们将这种光学系统称为开普勒式望远镜。

现在人们用的折射式望远镜还是这两种形式，天文望远镜是采用开普勒式。

需要指出的是，由于当时的望远镜采用单个透镜作为物镜，存在严重的色差，为了获得好的观测效果，需要用曲率非常小的透镜，这势必会造成镜身的加长。

所以在很长的一段时间内，天文学家一直在梦想制作更长的望远镜，许多尝试均以失败告终。

1757年，杜隆通过研究玻璃和水的折射和色散，建立了消色差透镜的理论基础，并用冕牌玻璃和火石玻璃制造了消色差透镜。

从此，消色差折射望远镜完全取代了长镜身望远镜。

但是，由于技术方面的限制，很难铸造较大的火石玻璃，在消色差望远镜的初期，最多只能磨制出10厘米的透镜。

十九世纪末，随着制造技术的提高，制造较大口径的折射望远镜成为可能，随之就出现了一个制造大口径折射望远镜的高潮。

世界上现有的8架70厘米以上的折射望远镜有7架是在1885年到1897年期间建成的，其中最有代表性的是1897年建成的口径102厘米的叶凯士望远镜和1886年建成的口径91厘米的里克望远镜。