天文光梳与光谱仪连接系统通道漂移的实验研究

There is a growing interesting in higher precision spectroscopy in astrophysics, taking laser frequency comb (LFC) as a calibration light, to the extremely high precision of spectrum for discovering of Earth-like extrasolar planets and direct detection of cosmic acceleration. However, the very weak disturbing and properties of the multimode fibers may result in calibration deviation when the LFC coupling to the spectrograph by multimode fibers. This deviation is what we refer to as the drift of channel. What we are planning to do is building a set of coupling system via multimode fibers for connecting the LFC and spectrograph, studying the properties of the system and the reasons for the drift of channel and the way to suppress the drift.

为满足太阳系外行星探测、宇宙加速度测量等天文研究需求，激光频率梳作为定标光源,极大提高天文光谱测量精度已经成为一种趋势。然而在利用多模光纤将激光频率梳导入天文光谱仪的过程中，由于环境扰动以及多模光纤本身的特性，会有各种各样的因素造成光谱定标精度的降低，我们称之为通道漂移。我们要做的就是建立一套连接激光频率梳与天文光谱仪的多模光纤系统，研究连接系统的传输特性及造成通道漂移的原因，探索降低通道漂移的方法。

激光频率梳是一种理想的波长定标光源，理论上可实现1cm/s的定标精度。这对视向速度法探测系外行星等天文研究具有非常重大的意义。将激光频率梳用于天文学是一种新兴的技术，发展迅速。天文光谱仪采用天文光梳进行定标，可以将视向速度精度提高到亚米级每秒甚至厘米每秒级。然而，当精度达到<1m/s时，一些仪器误差开始成为限制，比如光纤噪声引起的通道漂移。我们研究了光纤噪声对天文光梳定标精度的影响以及光纤连接系统中光纤噪声的抑制方法。实验结果表明：光纤噪声会降低光谱信噪比，造成谱线轮廓的不稳定，能引起量级~m/s的光谱误差；通过静态扰模和动态扰模结合的方式可以有效抑制光纤噪声，经光纤噪声抑制后天文光梳内禀的定标精度好于20cm/s。这为天文光梳在216HRS的应用铺平了道路。目前，天文光梳在216HRS单次曝光精度~1m/s，正在开展系外行星搜索和性质研究的相关科学工作。