丽江2.4米望远镜偏振观测系统研究

This project aims at constructing a linear polarimetric system to be mounted into the 2.4m Lijiang telescope, in order to make the telescope capable of imaging-polarimetry and spectro-polarimetry. This polarimetric instrument will be integrated onto the YFOSC----Yunnan Faint Object Spectrograph and Camera, and consists of four linear polarimeters. The four polarimeters, with different transmission directions, will be inserted into the optic path one by one via an accurate controlling system. After the establishment, the capability of the telescope will be expanded to contain the polarimetry of bright objects., and thus the research fields can be extended further, especially to the fields of the Stellar physics, Gamma-Ray Bursts, Active Galactic Nuclei and Supernova explosions, etc.

本项目拟在丽江2.4米望远镜上建立一套偏振观测系统，使该望远镜具备偏振观测能力。我们基于现有设备YFOSC（云南暗弱天体光谱成像仪），设计出一套适合集成到YFOSC内部的线偏振测量系统。该系统主要包括进行线偏振检测的一个线性检偏器，以及将这个检偏器透光轴处于不同特定角度推入光路的旋转控制系统。借助此偏振观测系统，2.4米望远镜可以开展夜天文偏振测光和偏振分光观测，确定较亮天体的偏振态或获取线偏振轮廓，进一步拓展有关恒星物理、伽玛射线暴、活动星系核和超新星等领域的研究范围。

偏振测量是研究天体物理磁场信息的有力工具，通过偏振观测，对于解释天体的辐射机制、研究天体的磁场性质和几何特征提供了可能。太阳偏振观测仪器研制及观测研究在国内已经有多年历史，而恒星偏振观测国内起步较晚，最近几年国内最大的两个通用光学望远镜团队，才开始投入科研力量进行夜天文偏振观测仪器的研究。本项目基于丽江2.4米望远镜YFOSC（云南暗弱天体光谱成像仪）终端仪器，开展可以嵌入到该科学仪器中的线偏振同步测光系统，是在传统异步旋转偏振片模式进行分时偏振观测系统上的一种创新，也是对未来大型通用光学望远镜上开展偏振仪器研制的一种有益探索。经过一年调研、一年设计开发、一年定制加工、一年组装和实测（2019年9月底开始实测）。截止目前，已经初步完成基于YFOSC的偏振同步观测系统的研究，使2.4米望远镜初步具备偏振观测本领，但还需要进一步的偏振仪器定标工作和数据标准化工作的开展，争取实现2021年面向国内天文学家正式开放使用。在项目执行期间，我们实际完成了两套偏振观测系统：一套是基于传统模式的旋转偏振片控制系统，由于YFOSC内部可利用空间狭小，而且无法通过有线方式进行供电和通信，给我们的设计开发带来很大难度，但是最终我们经过三次版本升级，实现了超宽波段（300~2700nm）超高旋转控制精度(0.01度)的传统偏振观测系统；另一套是基于双沃拉斯顿偏振棱镜的新型同步偏振观测系统，该系统的特点是：通过一次曝光，皆可以同时得到观测目标的四个偏振角度调制像，进而实现了高时间分辨率的高精度偏振观测。同时，在本项目资助下，我们主持或参与发表了5篇科研论文，3项发明专利得到了授权。另外至少还有1篇科研论文将于2020年发表，3项发明专利正在申请或受理中。