[01181835]天文红外技术实验与测试平台

由于红外波段具有比可见光宽得多的波段范围,蕴藏着更为丰富的内容和更大的发展潜力。自上世纪60年代开始,国际上已建造了多台可用于红外天文观测的地基望远镜系统,随着空间技术的发展,多颗用于红外波段天文观测的探测器也已进入太空。由于深受国内高性能探测器件研制水平低以及国外禁运等因素的影响,国内红外天文观测研究起步较晚,发展相对迟缓,仅仅在近红外波段刚刚开始了有限观测和研究。在天文红外终端设备和相关技术研究方面,国内也是刚刚起步,尚没有任何一套能够满足天文应用特殊需求的可供红外终端设备研究和性能测试的实验平台。 根据未来发展的趋势,国内天文界相继提出了多台专用和大/极大口径地基天文望远镜计划,均将红外波段纳入规划。因此,为适应目前红外天文发展的需求,用于天文红外终端仪器实验与测试的平台亟需建设。 针对可见光波段的测试仪器设备和方法无法适用于天文红外终端仪器,而通常用于评价军用或民用红外热像仪的评价参数和测试方法,例如：等效噪声温差、最小可探测温差、噪声功率谱密度、比探测率D*和黑体响应率等,仅具参考意义,而天文上更关注量子效率、增益、噪声、暗流、满阱电荷、单色非均匀性和动态范围等可用于定量计算的参数,这些性能参数厂家往往只能部分提供或者不给提供,国内没有任何一家单位能够提供这些性能参数的测试,在国际上也尚无可满足天文特殊需求的成套测试系统或服务提供。在红外偏振和光谱测试与定标上也存在同样的情况。 针对天文应用的特殊需求,本项目提出了拟在在国内天文领域建设一个公用实验平台--天文红外技术实验与测试平台,以此服务于已经和将要建造的地基和空间天文红外望远镜计划中的红外终端设备的研制、集成和测试,以及相关技术方法的研究。 在财政修购专项的支持下,目前平台已经建设完成。平台包括红外光源系统、分光系统、光学系统和红外探测器系统,以及各种性能参数的测试与定标方法。 红外光源系统由点源、面源、单色、白光等多种、多波段光源组成,辐射波长范围从可见光到中远红外。 分光系统包括多种类型分光设备,如传统光栅光谱仪、真空制冷型光栅光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪等。其中,红外傅里叶变换光谱仪的光谱范围为24000-350 cm-1（0.41-28μm）,光谱分辨率可达到0.0035cm-1。 红外光学系统包括多种类型和规格的可实现成像、折轴、会聚等的红外光学元器件、镜头和成像系统。 红外探测器系统包括多波段、多种类型高性能红外探测器,既有单元,也有焦平面阵列器件,可根据测试需求选择使用。可探测波长范围从可见光到中红外,而且每个波段内均有经国家计量单位标定的标准探测器。 基于该平台可开展以下几个方面的天文红外技术研究工作： 1)红外探测器性能测试评估和标定。 可以实现天文红外焦平面阵列探测器的分光量子效率（包括分光光谱响应）、比探测率D*、增益、噪声、暗电流、线性、均匀性、坏像元以及MTF等性能参数的测试和标定。 2)红外偏振测试和定标。 可以实现红外偏振器件的消光比、位相延迟、透过率等偏振参数的测试和标定,以及偏振分析器定标和附加偏振等。 3)红外光学元器件与系统的测试和定标 可以实现MTF、系统畸变等测试评估和光学系统装调等。 4)红外光谱分光器件和仪器的高分辨率光谱标定 可以实现红外滤光片的透过率和光谱仪器光谱分辨率等参数的标定。 5)红外天文高分辨率光谱观测技术与方法的研究。 本平台的核心设备--傅里叶变换红外光谱仪的光谱分辨率可达到0.0035cm-1,利用其高光谱分辨率特性,可以进行天文高分辨率光谱观测技术方法研究,例如：太阳、行星、月亮和小行星等天体目标的宽谱段（可见/红外）高分辨率光谱观测。也可以利用该平台开展大气同温层痕量气体、绝对谱线强度和通过大气的辐射转移观测研究。目前正在利用该平台开展红外太阳光谱观测方法研究,由于该分辨率远远超过国际上现有太阳光谱数据库的指标,对于开展高分辨率太阳光谱观测技术和基于太阳光谱的光谱定标方法研究具有非常重要的意义。 目前,基于该平台正在支持的项目主要有三项,一个是国家自然科学基金重大科研仪器研制项目（部委推荐）“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”,另外两个是国家自然科学基金面上项目“太阳CO 4.66 um光谱观测技术与方法研究”和“基于傅立叶变换红外光谱仪的太阳光谱观测系统定标方法研究”。 未来,我们还将继续完善该平台的建设,利用该平台开展更多的天文红外终端仪器设备测试技术与方法的研究,以及天文红外观测技术与方法的研究工作。 本实验平台的建立,填补了国内天文领域红外技术研究的空白,尤其是红外焦平面阵列器件量子效率的测量,在国际上一直是空白。本实验平台的建立为天文红外探测技术研究和服务建立了条件,必将在以上红外探测技术的研究发展中发挥重要作用。