光纤在光学综合口径望远镜中的应用

    1引言

    目前，国际上为开发利用宇宙，正在研制各种宇航器和大型观测设备。预计到1999年，美、南欧和日本等将建成10余台8m和10 m口径的望远镜。为发展我国天文、空间和高科技事业，我国也拟建1台4.3 m光学红外望远镜，再与2.16 m望远镜联机，采用光干涉，使分辨率可达10余米口径望远镜的分辨率，从而达到国际先进水平。这是投资少、建设周期短、符合国情的较合理方案。为提高利用率，使其能同时观测50个天体，特设计了多目标多光纤摄谱仪。为提高集光能力，又设计了多台望远镜的光纤集光系统。利用光的全反射原理传导光能的光纤，由于具有下列优点:长距离传光损耗小，提高了传光效率和码速;可容纳极大信息量，抗干扰性好;重量轻、体积小、成本低、寿命长，安装和软连接方便;还可避免光在大气传输中湍流的影响。故把它用于大型望远镜中，可降低仪器造价，提高仪器使用效率和性能。

    光纤由纤芯和包层组成，纤芯折射率n₁大于包层折射率n₂，使形成全反射光能传输。如长波长单模光纤芯径小(约1μ}m)，纤芯折射率为阶跃分布，只允许一个光的传播，没有群色散和模间色散，只有一个模的模内色散，构成单模传输，在1.55 }.m波长处，损耗最低(0.2dB/km)，在1.3μm是零色散波长，使传输带宽极大，可作大容量、长距离和高速码传输。单模光纤中80%以上光功率在纤芯中传输，少部分在包层中传输，可缩小包层尺寸减少超纯玻璃材料，降低包层损失，便于连续藕合。多模光纤芯径大于光波长，折射率呈抛物线分布，可使光作自聚焦传播，避免长距离传输后，各模径不同光程产生时延差.它对输人光纤接收角大，以数值孔径表示

    2多目标多光纤摄谱仪设计

    为提高观测效率和同时研究几十个甚至几百个天体的相关性，以满足星团动力学、星系红移和演化等宇宙学研究的需要，澳大利亚的AAT 3.9 m镜主焦2°视场上布放400根光纤，英国La palma的WHT 4.2 m镜1°视场上布放300根光纤，美国Palomar 5 m镜20‘视场上布放176根光纤，4m镜45，视场上布放100根光纤等，均采用自动定位系统。我国2.16 m镜卡焦53‘视场布放加根光纤，正在拟建中的4.3 m光学红外望远镜主焦1“视场上将布放50根光纤。如图1所示结构可作50个星体目标的同时观测，每一根光纤可采集一个星体的光能进行摄谱和光度等测量。它比用多块反射镜从主焦传到光谱仪传输效率高，且无大气湍流影响，还可避免体积庞大的光谱仪安置在主焦上，影响主光路通光口径而增加镜筒弯沉造成像差，故光纤传输可提高观测精度和成像质量.又因光纤细长而轻，很容易从主焦上引下50根光纤作同时观测用。