許方宇，徐稚，徐世春，付玉，郭泰，王瑞

(中國科學(xué)院云南天文臺(tái)，云南 昆明 650011)

撫仙湖一米新真空太陽望遠(yuǎn)鏡6米近紅外光譜儀裝調(diào)及太陽1.56微米光譜的初步觀測(cè)結(jié)果

許方宇，徐稚，徐世春，付玉，郭泰，王瑞

(中國科學(xué)院云南天文臺(tái)，云南 昆明 650011)

主要介紹了撫仙湖1 m新真空太陽望遠(yuǎn)鏡(the 1-meter New Vacuum Solar Telescope，NVST)6 m水平式近紅外光譜儀的安裝過程和實(shí)測(cè)結(jié)果。主要討論內(nèi)容是光路設(shè)計(jì)特點(diǎn)、光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)以及利用該光譜儀對(duì)活動(dòng)區(qū)NOAA 11662黑子進(jìn)行的初步近紅外光譜實(shí)測(cè)(波長1.56 μm附近)。成功觀測(cè)到由黑子強(qiáng)磁場(chǎng)造成的Fe I 1.56 μm譜線裂變現(xiàn)象，并初步估算了磁場(chǎng)強(qiáng)度。該光譜的成功裝調(diào)和使用，充分實(shí)現(xiàn)了對(duì)9 m光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的整體檢測(cè)，為9 m光譜儀的安裝調(diào)試提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和參考。

光譜儀；近紅外；撫仙湖1 m新真空太陽望遠(yuǎn)鏡

CN53－1189/P ISSN1672－7673

撫仙湖1 m新真空太陽望遠(yuǎn)鏡的光譜終端主要包括一臺(tái)6 m垂直式多波段光譜儀和一臺(tái)9 m垂直式高色散光譜儀，可分別在可見光波段和近紅外波段進(jìn)行多條光譜的同時(shí)觀測(cè)。目前多波段光譜儀已經(jīng)投入使用[1]，近紅外光譜儀的研制在2012年底也進(jìn)入了尾聲。

這里首要說明的一點(diǎn)是，兩臺(tái)光譜儀之所以設(shè)計(jì)為“垂直式”，是為了較好地解決地平式望遠(yuǎn)鏡在觀測(cè)過程中視場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的問題。從安裝角度出發(fā)，多波段光譜儀已經(jīng)為近紅外光譜儀提供了如何進(jìn)行垂直式裝調(diào)的參考。但是相對(duì)多波段光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)而言，近紅外光譜儀的光路具有很多特性，主要包括:(1)多波段光譜儀使用的是普通閃耀光柵(刻線密度1 200 g/mm，閃耀角36.8°，1級(jí)閃耀波長1 000 nm)，主要觀測(cè)1級(jí)可見光光譜。但對(duì)近紅外光譜儀而言，科學(xué)目標(biāo)要求在1.083 μm和1.56 μm附近實(shí)現(xiàn)(R＝λ/Δλ)約3×105～4×105的光譜分辨率。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要使用中等階梯光柵并以較大衍射角入射，從而獲取較高級(jí)次的衍射級(jí)次。但是，觀測(cè)較高級(jí)次的太陽光譜，特別在近紅外波段，目前國內(nèi)還沒有成熟的參考實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。(2)相對(duì)于可見光的探測(cè)器而言，目前我國能購買到的紅外探測(cè)器的靶面非常有限，熱電子噪音也比較大。撫仙湖太陽觀測(cè)站已經(jīng)購置的近紅外探測(cè)器的實(shí)際性能需要在相應(yīng)的設(shè)備上進(jìn)行使用和測(cè)試。(3)就近紅外光譜來說，我國在1.083 μm上有較為成功的科學(xué)觀測(cè)[2]，但是在1.56 μm波段附近，只有早年的一些初步嘗試[3－4]?？傊陔A梯光柵和探測(cè)器等原因，非常有必要在進(jìn)行9 m高色散近紅外光譜儀垂直安裝之前，對(duì)光柵、探測(cè)器以及其他光學(xué)元器件進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行太陽近紅外光譜實(shí)測(cè)。所以決定設(shè)計(jì)一臺(tái)便于安裝的水平式、中等分辨率近紅外光譜儀，并選定Fe I 1.56 μm譜線作為觀測(cè)譜線。

1 6 m近紅外光譜儀光路設(shè)計(jì)的基本要求

該光學(xué)系統(tǒng)與傳統(tǒng)光柵光譜儀非常類似，由狹縫、場(chǎng)鏡、準(zhǔn)直鏡、階梯光柵、成像鏡以及紅外探測(cè)器組成，光路如圖1。在光路的設(shè)計(jì)過程中主要考慮了以下幾點(diǎn):

(1)盡量使用9 m光譜儀光學(xué)系統(tǒng)中的光學(xué)元件，例如場(chǎng)鏡、階梯光柵和探測(cè)器，以保證該光學(xué)系統(tǒng)能夠起到對(duì)9 m光譜儀系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)元器件檢測(cè)的作用。表1列出并對(duì)比了6 m光譜儀和9 m光譜儀使用的重要光學(xué)元件的基本參數(shù)。

(2)和9 m光譜儀一樣，6 m光譜儀需要嘗試獲取5級(jí)的1.083 μm光譜和3級(jí)的1.56 μm光譜。為了保證光柵效率基本相同，同時(shí)還需要保證在兩個(gè)光譜儀系統(tǒng)中，階梯光柵入射角一致。在9 m光譜儀的設(shè)計(jì)中，考慮到階梯光柵效率和光譜筒的實(shí)際空間大小，光柵入射角設(shè)計(jì)為54°。根據(jù)光柵公式，3級(jí)的1.56 μm光譜的衍射角為42°左右。在6 m光譜儀中將采用與其相同的配置。

圖1 6 m近紅外光譜儀光路系統(tǒng)。空間距離單位是mm。由于圖片大小限制，這里空間距離和元器件尺寸的相對(duì)比例是任意的Fig.1 The optical layout of the horizontal-type 6m near-infrared spectrograph.The distances are in units of mm.The sizes and distances for the components are not plotted in proportional to actual values

(3)充分保證在有限的探測(cè)器上獲得足夠的光譜范圍便于譜線認(rèn)證，這就決定了該系統(tǒng)中準(zhǔn)直鏡和成像鏡的焦距。目前已有的相機(jī)型號(hào)為XEVA-EPA-1.7-640的InGaAs紅外探測(cè)器。它在1.0 μm到1.6 μm的波長范圍內(nèi)量子效率高于60%，能夠用于太陽Fe I 1.56 μm的光譜實(shí)測(cè)(圖2)。該探測(cè)器ADU動(dòng)態(tài)范圍14 bit，像元大小25 μm，像元個(gè)數(shù)640×512。光學(xué)設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)在長軸方向(640個(gè)像素)能獲得4 nm左右的光譜范圍。

(4)為了既能保證4 nm左右的光譜范圍，又能保證一定的分辨率，采用了6 m的準(zhǔn)直鏡和3 m的成像鏡的組合。根據(jù)線色散度的計(jì)算公式，求得光譜系統(tǒng)的線色散分辨率為:

式中d為光柵常數(shù)316 g/mm，640個(gè)像素估計(jì)可覆蓋4.2 nm的光譜范圍。

表1 6 m水平式近紅外光譜儀與9 m垂直式近紅外光譜儀重要光學(xué)元器件使用情況對(duì)比Table 1 Comparison between important parameters of the horizontal-type 6m near-infrared spectrograph and those of the vertical-type 9m near-infrared spectrograph

2 6 m近紅外光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的安裝調(diào)試

由于準(zhǔn)直鏡焦距較長造成該光譜儀系統(tǒng)的幾何尺度比較大，所以除了利用望遠(yuǎn)鏡終端平臺(tái)之外，還需要利用其它的光學(xué)平臺(tái)搭建該光譜儀。所需的光學(xué)平臺(tái)以及所有光學(xué)元件的夾持機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中均考慮了與望遠(yuǎn)鏡終端平臺(tái)的共高特性。但是，整個(gè)光譜儀安裝的主要難點(diǎn)仍然是如何保證望遠(yuǎn)鏡光軸、狹縫、準(zhǔn)直鏡、光柵等元件的共軸問題。

2.1 準(zhǔn)直鏡的安裝

這里為什么要首先安裝準(zhǔn)直鏡而非狹縫和場(chǎng)鏡呢?從圖3可以發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)直鏡的夾持機(jī)構(gòu)沒有“高度”方向的微調(diào)能力，只有水平旋轉(zhuǎn)和俯仰的調(diào)節(jié)能力。也就是說，當(dāng)準(zhǔn)直鏡根據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)的需要大致安裝好之后(即與望遠(yuǎn)鏡焦點(diǎn)的水平和左右大致距離確定)，需要再通過微調(diào)整個(gè)光譜儀入射光的光軸方向保證入射光光軸能準(zhǔn)確定位在準(zhǔn)直鏡的中心位置。

圖2 InGaAs紅外探測(cè)器(型號(hào)XEVA-EPA-1.7-640)在各個(gè)波長上的量子效應(yīng)曲線Fig.2 Quantum efficiencies of the InGaAs infrared detector(of the type XEVA-EPA-1.7-640) at various wavelengths

圖3 準(zhǔn)直鏡及其夾持機(jī)構(gòu)。該準(zhǔn)直鏡焦距6 m，口徑220 mmFig.3 A picture of the collimating mirror and the clamping device holding it.The focal length and diameter of the collimating mirror are 6m and 220 mm，respectively

準(zhǔn)直鏡安裝步驟如下:望遠(yuǎn)鏡的入射光經(jīng)過一面與水平面呈45°夾角的反射鏡改變方向進(jìn)入水平光譜儀系統(tǒng)中(圖4顯示更為清晰)。該45°鏡具有高低、俯仰和旋轉(zhuǎn)的微調(diào)能力。先利用激光器模擬望遠(yuǎn)鏡的主光軸(此時(shí)激光器的架設(shè)位置和姿態(tài)已由其他實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了標(biāo)定，確保激光光束與望遠(yuǎn)鏡高度重合)，激光光軸經(jīng)45°鏡反射后，落在準(zhǔn)直鏡上。然后在水平方向上左右微微移動(dòng)準(zhǔn)直鏡支架，并配合微調(diào)45°鏡的高度和俯仰姿態(tài)，讓激光光斑準(zhǔn)確地落在準(zhǔn)直鏡的中心位置。這里需要強(qiáng)調(diào)，45°鏡的俯仰只需要微調(diào)，因?yàn)樗性谠O(shè)計(jì)過程中已經(jīng)嚴(yán)格考慮了等高。一旦準(zhǔn)直鏡安裝好之后，45°鏡的姿態(tài)不再做任何變化，即光譜儀的入射光光軸方向被確定下來。當(dāng)然，由于機(jī)械精度的限制，由該方法確定的入射光光軸有可能與真實(shí)的水平面方向存在一定的夾角。

圖4 狹縫和場(chǎng)鏡及其固定設(shè)備(水平位移臺(tái))。望遠(yuǎn)鏡的光經(jīng)一面與水平面呈45°夾角的平面鏡反射后進(jìn)入光譜儀狹縫。白線示意主光軸或光線方向。根據(jù)具體情況的需要，場(chǎng)鏡境室設(shè)計(jì)為圓柱體Fig.4 A picture of a slit，a field mirror，and devices holding them.These are fixed on a horizontal movable platform. The incident light(indicated by the vertical yellow arrow)from the telescope aperture is reflected by a mirror tilted by 45 degrees from the light direction and enters the horizontal-type spectrograph(with its principal optical axis indicated by the horizontal white arrow)

2.2 狹縫和場(chǎng)鏡的安裝

這一步安裝的關(guān)鍵問題是如何使得狹縫中心位置、場(chǎng)鏡鏡面法線方向與入射光光軸同軸。采用了以下幾步:沿光線方向，將狹縫和場(chǎng)鏡固定在一個(gè)小型水平位移臺(tái)上，水平臺(tái)行程約20 cm，以便進(jìn)行光譜儀調(diào)焦。水平位移臺(tái)的使用便于保證狹縫和場(chǎng)鏡的同軸。具體調(diào)整方法如下:首先，安置狹縫在水平位移臺(tái)的滑塊上，關(guān)閉狹縫(或調(diào)節(jié)到非常小的寬度)，調(diào)整位移臺(tái)的高度及位置讓激光光斑落在狹縫正中心；然后，沿水平位移臺(tái)前后移動(dòng)狹縫(即沿著光線方向)，同時(shí)不斷微調(diào)水平位移臺(tái)，保證在整個(gè)移動(dòng)范圍內(nèi)，激光光斑在狹縫上的位置基本不變；接下來，在狹縫之后25 cm處安置場(chǎng)鏡(場(chǎng)鏡與狹縫的間距由場(chǎng)鏡夾持機(jī)構(gòu)的機(jī)械尺寸來保證)。調(diào)節(jié)狹縫縫寬(約0.3 cm)，能讓約2個(gè)激光光斑通過。從場(chǎng)鏡一側(cè)對(duì)著入射光光線方向觀察45°鏡，如果場(chǎng)鏡鏡面的反射光同入射光不自準(zhǔn)則調(diào)整場(chǎng)鏡在水平位移臺(tái)上的高低和俯仰姿態(tài)，直到自準(zhǔn)。

2.3 光柵的安裝

場(chǎng)鏡的設(shè)計(jì)目的是使得光柵的安裝位置位于狹縫附近。根據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)的要求，該實(shí)驗(yàn)不要求使用整個(gè)階梯光柵的靶面，所以在保證光學(xué)質(zhì)量的前提下，將準(zhǔn)直鏡在水平面內(nèi)偏置1°，從而較好地兼顧空間位置與光學(xué)像質(zhì)。

為了便于調(diào)整光柵姿態(tài)，導(dǎo)入太陽光。首先將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)靠近日面中心的黑子區(qū)域，因?yàn)楹谧酉癖阌谕h(yuǎn)鏡焦平面位置的判斷。判斷之后將狹縫移動(dòng)到焦平面位置，同時(shí)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡指向，將黑子調(diào)整到狹縫中心，即視場(chǎng)中心。在安裝光柵之前，先計(jì)算出光瞳的大小以及瞳面像在光柵上的大小和形狀，為光柵放置的準(zhǔn)確性提供了一個(gè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(如圖5)。為了便于判斷光柵的入射方向，制作一個(gè)尺度較大的直角三角形，銳角分別為54°(光柵的入射角)和36°。利用該三角形，通過目測(cè)方法判斷入射光與光柵法線方向的夾角。該方法確定的光柵角度略顯粗糙。

2.4 成像系統(tǒng)的安裝

根據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)的要求，使用了一架口徑為30 cm，焦距為3 m的Meade望遠(yuǎn)鏡作為成像鏡，并將紅外探測(cè)器安裝在其目鏡的調(diào)焦系統(tǒng)上(如圖6)。這一方法即能滿足對(duì)線色散的要求，又便于保證成像鏡與探測(cè)器的同軸，而且滿足探測(cè)器調(diào)焦的需要。根據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)，將在衍射角為42°的方向上觀測(cè)到3級(jí)1.56 μm的光譜。安裝和調(diào)節(jié)過程如下:在光柵正確安裝之后，實(shí)驗(yàn)室的墻壁上可以呈現(xiàn)太陽的各級(jí)光譜譜帶。從中不僅可以清晰地判斷0級(jí)光位置和色散方向，還可以判斷3級(jí)光譜譜帶的空間高低位置。根據(jù)譜帶的高低，大致調(diào)節(jié)Meade望遠(yuǎn)鏡的支撐機(jī)構(gòu)，讓3級(jí)光譜的長波(紅端)部分投射在Meade望遠(yuǎn)鏡上。然后通過Meade望遠(yuǎn)鏡直接觀察光柵，進(jìn)一步調(diào)整Meade望遠(yuǎn)鏡的姿態(tài)，讓譜帶位于Meade望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中心。調(diào)整之后，安裝紅外探測(cè)器?？紤]到多級(jí)次光譜在此處的重疊問題，在紅外探測(cè)器前加入了一片特定的帶通濾光片。該帶通濾光片的透過率如圖7。透過率極大處中心波長1 565 nm，透過率極大半高全寬約10 nm。

圖5 45°鏡、狹縫、場(chǎng)鏡以及光柵與瞳面像Fig.5 A picture showing the mirror(tilted by 45 degrees from the incident-light direction)，the slit，the field mirror，and an image of the pupil plane projected onto the grating

圖6 由一臺(tái)Meade望遠(yuǎn)鏡與紅外探測(cè)器構(gòu)成的成像系統(tǒng)Fig.6 A picture of the imaging system for the spectrograph. This system consists of a Meade telescope and an infrared detector

紅外探測(cè)器安置好之后，需要根據(jù)探測(cè)器上的圖像對(duì)Meade望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行調(diào)焦。在調(diào)焦之前，需要明確探測(cè)器究竟能觀測(cè)到什么，根據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)，當(dāng)光柵方向一定時(shí)，在探測(cè)器上能得到范圍為4 nm左右的光譜，而且由于視場(chǎng)中心包含了一個(gè)小黑子，所以在光譜圖上應(yīng)當(dāng)能辨認(rèn)黑子。而這種空間上的太陽結(jié)構(gòu)非常便于光譜儀的調(diào)焦。明確了上述觀測(cè)內(nèi)容之后，進(jìn)行以下的調(diào)整過程:首先調(diào)整狹縫寬度250 μm左右(約1″)從而進(jìn)行光譜成像。然后，調(diào)整光柵的法線方向進(jìn)行光譜帶掃描。由于使用了帶通濾光片，在相同的曝光時(shí)間下(300 ms)，不同波長的連續(xù)譜強(qiáng)度是不一樣的。根據(jù)連續(xù)譜強(qiáng)度的變化，可以很方便地找到1 565 nm附近的光譜并標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的光柵法線方向。然后，利用Meade望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦系統(tǒng)進(jìn)行成像系統(tǒng)調(diào)焦，直到在光譜圖上能較為清晰地辨認(rèn)黑子。之后需要旋轉(zhuǎn)紅外探測(cè)器，盡量將狹縫方向調(diào)整到短軸方向(512個(gè)像素)，將色散方向調(diào)整到長軸方向(640個(gè)像素)。最后縮小狹縫寬度，并觀察譜線的粗細(xì)變化。當(dāng)譜線寬度不再明顯變窄，整個(gè)圖像的信噪比卻隨著顯著降低，則認(rèn)為狹縫寬度接近極限。

圖7 特定的近紅外帶通濾光片透過率。透過率在波長1 565 nm達(dá)到最大，透過率的極大半高全寬約10 nmFig.7 The transmission curve of the infrared filter.The maximum transmission is at the wavelength 1565nm. The Full Width of Half Maximum of the filter is about 10nm

3 太陽1.56 μm光譜的觀測(cè)與數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果

當(dāng)光譜儀裝調(diào)完畢之后，將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)日面中心，以便獲得最強(qiáng)的太陽光輻射從而進(jìn)行譜線的精確認(rèn)證和波長定標(biāo)。雖然在紅外探測(cè)器之前使用了帶通濾光片，但與探測(cè)器上的可觀測(cè)波長范圍相比較(4 nm)，濾光片的全寬(10 nm)還是比較寬的。這就需要在上一步的基礎(chǔ)上再進(jìn)行更為精細(xì)的譜線認(rèn)證。重復(fù)裝調(diào)過程中光柵法線方向的微調(diào)過程，并與太陽標(biāo)準(zhǔn)FTS光譜比較(FTS atlas，F(xiàn)ourier Transform Spectrometer at the McMath/Pierce Solar Telescope)，最終找到需要觀測(cè)的1.56 μm處Fe I線對(duì)(Fe I 1 564.8 nm和Fe I 1 565.3 nm)。圖8為觀測(cè)的裸數(shù)據(jù)并標(biāo)明了部分譜線名稱和波長。

圖8 太陽Fe I 1.56 μm譜線觀測(cè)的裸數(shù)據(jù)，光譜覆蓋范圍4 nm，包含了光球磁敏譜線Fe I 1 564.8 nm和Fe I 1 565.3 nm線對(duì)Fig.8 A raw-data section around the Fe I 1.56 line pair(covering the Fe I 1564.8nm and Fe I 1565.3nm).The wavelength coverage of the section is about 4nm

對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了平場(chǎng)、暗場(chǎng)、譜線彎曲、連續(xù)譜強(qiáng)度定標(biāo)等方面的基本預(yù)處理，圖9為預(yù)處理的結(jié)果以及與太陽標(biāo)準(zhǔn)FTS光譜的比較。同F(xiàn)TS光譜的比較最終確定實(shí)際的光譜分辨率約為0.006 nm/pixel。

眾所周知，紅外Fe I 1.56線對(duì)是探測(cè)太陽光球低層矢量磁場(chǎng)的重要譜線[5]，特別是Fe I 1 564.8 nm的Lander因子高達(dá)3。當(dāng)觀測(cè)譜線得以認(rèn)證之后便進(jìn)行太陽黑子光譜觀測(cè)。圖9是在對(duì)活動(dòng)區(qū)NOAA11662中黑子的某個(gè)位置進(jìn)行的光譜觀測(cè)。從光譜圖中(圖10右)可以清晰地辨認(rèn)黑子本影、半影以及亮橋結(jié)構(gòu)。譜線Fe I 1.5 648 μm在黑子本影、半影甚至在亮橋結(jié)構(gòu)處都出現(xiàn)了明顯的裂變。圖11給出了部分光譜的一維強(qiáng)度輪廓，主要含蓋Fe I 1.56 μm線對(duì)(圖10白線所示范圍)。將黑子區(qū)的譜線輪廓與周圍寧靜區(qū)的譜線輪廓進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度輪廓已經(jīng)完全分裂，裂距約0.08 nm。

圖9 上圖為觀測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理結(jié)果。下圖為觀測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)太陽FTS光譜的比較。實(shí)線為觀測(cè)輪廓，點(diǎn)線為FTS光譜Fig.9 A reduced-data section.The top panel shows the two-dimensional spectrum of the section with the wavelengths of four important spectral lines marked.The bottom panel shows the extracted one-dimensional spectrum of the section (solid line)over-plotted with the standard solar spectrum(in the plus symbols)

圖10 左圖:活動(dòng)區(qū)NOAA11662的連續(xù)譜像，其中黑線示意狹縫位置。右圖:狹縫在該位置時(shí)獲取的光譜。其中白線示意圖11中的光譜范圍Fig.10 The left panel is an image of the solar active region NOAA 11662 taken at continuum wavelengths with the slit position indicated(the black line).The right panel is the spectrum obtained by setting the slit at the position shown in the left panel.The white line indicates the wavelength range(corresponding to a pixel range in the 2D spectrum)of the spectrum presented in Fig.11

由于Zeeman裂距(約0.08 nm)大于譜線的多普勒全寬寬度的兩倍(約0.04 nm)，所以強(qiáng)度輪廓完全裂開，這樣可直接從裂距推導(dǎo)出磁場(chǎng)強(qiáng)度。根據(jù)公式:

(其中波長單位cm，磁場(chǎng)單位為高斯，g＝3)，推出該黑子此處的磁場(chǎng)強(qiáng)度(B)大約為2 400高斯。為了驗(yàn)證該磁場(chǎng)強(qiáng)度推算的準(zhǔn)確性，對(duì)比了SDO空間衛(wèi)星所獲取的縱向磁圖BLOS。SDO的縱向磁圖顯示該處的BLOS大約為1 500高斯。根據(jù)活動(dòng)區(qū)當(dāng)時(shí)的位置，推算出該活動(dòng)區(qū)的日心角為55°左右，所以假設(shè)單級(jí)黑子的磁場(chǎng)位型是沿著局地徑向方向，那么B＝Blos/cos55°＝2 600高斯，與從完全分裂的強(qiáng)度輪廓直接推導(dǎo)出來的磁場(chǎng)強(qiáng)度是比較符合的。

圖11 Fe I 1.56 μm線對(duì)的強(qiáng)度輪廓，光譜范圍由圖10中白線長短所示。實(shí)線為黑子區(qū)域輪廓，點(diǎn)線為周圍寧靜區(qū)的譜線輪廓Fig.11 Comparison of the Fe I 1.56μm line profiles in a sunspot and a surrounding quiet region，which are plotted with solid and dashed lines，respectively.The profile in the sunspot is from the spectrum section indicated by a white line in Fig.10.The profile for the quite region is normalized but the profile for the sunspot is arbitrarily scaled

4 討論與結(jié)論

考慮到階梯光柵和紅外探測(cè)器在我國太陽光譜觀測(cè)中的初步使用，在9 m近紅外光譜儀垂直式安裝之前，需要對(duì)其中的重要光學(xué)元件進(jìn)行檢測(cè)。因此，在該望遠(yuǎn)鏡終端設(shè)計(jì)并裝調(diào)了一臺(tái)6 m水平式近紅外光譜儀，以便對(duì)包括階梯光柵和紅外探測(cè)器在內(nèi)的重要光學(xué)元器件進(jìn)行整體檢測(cè)。

由于主要目的是為了積累諸如如何使用階梯光柵，如何獲取高級(jí)次光譜和如何使用紅外探測(cè)器等方面的經(jīng)驗(yàn)，所以作為一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)該6 m光譜儀在某些元器件的安裝精度上并沒有做非常嚴(yán)格的要求，裝調(diào)精度有限。但在該試驗(yàn)中，利用一款I(lǐng)nGaAs紅外探測(cè)器成功獲取了太陽1.56 μm光譜，光譜采樣頻率約0.006 nm/pixel，并清晰地觀測(cè)到了Fe 1.56 μm譜線在黑子內(nèi)部明顯的裂變現(xiàn)象，這在國內(nèi)尚屬首次。

通過該實(shí)驗(yàn)，初步確定了NVST紅外光譜儀目前狀態(tài)下在1.56 μm處的最佳狹縫寬度；熟練掌握了階梯光柵以及紅外探測(cè)器的使用方法；較好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)9 m光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的整體檢測(cè)的目的，為日后9 m光譜儀的裝調(diào)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

致謝：非常感謝澄江1 m新真空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)組的各位成員在觀測(cè)過程中的積極配合。

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Installation/Adjustment of a 6m Near-Infrared Spectrograph for the 1m New Vacuum Solar Telescope in the Fuxian-Lake Solar-Observation Station and Preliminary Observation Results of Solar Spectra around 1.56μm Using the Spectrograph

Xu Fangyu，Xu Zhi，Xu Shichun，F(xiàn)u Yu，Guo Tai，Wang Ru
(Yunnan Observatories，Chinese Academy of Science，Kunming 650011，China，Email:xuzhi＠ynao.ac.cn)

This paper first presents the design，layout，and installation of a near-infrared grating spectrograph installed on the 1m new vacuum solar telescope in the Fuxian-Lake Solar-Observation Station of the Yunnan Observatories.It records spectra in the wavelength range of 1.0μm－2.0μm.The focal length of its collimating mirror is 6m and its spectral resolution can reach about 6×10－6μm/pixel.Using this spectrograph and a previously built near-infrared detector(with an InGaAs detector of 512×640 pixels and a pixel size of 25μm)we can obtain solar spectra with a wavelength coverage of 0.004μm.One purpose of making this horizontal-type spectrograph is to evaluate main designs to be used in the vertical-type 9m near-infrared spectrograph in future.The designs include those of the Echelle grating，infrared detector，and infrared frontfilter.With the spectrograph we can also accumulate experience of observing near-infrared solar spectra，particularly，in setting the slit width，exposure time，and wavelength calibration.Using the spectrograph we successfully observed a sunspot region in a wavelength range around 1.565μm.This range covers two commonly studied spectral lines(Fe I 1.5648μm and Fe I 1.5653μm)，which are sensitive to solar magneticfield strengths.We reduced the data using codes designed for the 1m telescope.The wavelength calibration is based on the standard solar spectrum.We calculated the magnetic-field strength(instead of the magnetic-field flux)from the line split rather straightforwardly.These preliminary results demonstrate the effectiveness of this 6m spectrograph in achieving its scientific goals.

Spectrograph；Near-infrared；The 1m new vacuum solar telescope in the Fuxian-Lake Solar-Observation Station

P182.2＋1

A

1672－7673(2014)02－0168－08

2013－05－02；

2013－05－24

許方宇，男，副研究員.研究方向:紅外光譜儀、紅外成像系統(tǒng).Email:xu＿fangyu＠ynao.ac.cn

徐 稚，女，副研究員.研究方向:太陽光譜分析以及光譜儀研制.Email:xuzhi＠ynao.ac.cn