用于提高天文光谱仪视向速度测量精度的光学频率梳定标技术研究

高精度天文光谱仪是开展许多重大天文物理学研究的最有效工具。本项目针对国际上最新出现的采用飞秒频率梳作定标技术的高分辨率天文光谱仪的突破性进展，拟利用中科院物理所在光学频率梳研究及国家天文台在系外行星搜寻研究方面的雄厚基础，通过强强联合，开展用于提高天文光谱仪视向速度（RV）测量精度的频率梳定标技术研究。我们将针对国台2.16米望远镜的高分辨光谱仪对RV测量的高精度要求，采用国际先进的高稳定单块钛宝石频率梳作为定标源，通过F-P腔滤波技术提高谱线间距，使光谱仪的CCD能清晰分辨谱线，获得cm/s（厘米/秒）量级的RV测量精度，从而将目前m/s（米/秒）量级的水平提高近3个量级。由于cm/s量级的RV测量精度已能够满足类地星体探索、宇宙膨胀速度测量等人类长期关注的重大科学问题，因此无疑将是具有重大战略意义的研究工作，并对进一步探测太阳系外是否存在生命星体、发现新的物理规律，具有积极的促进作用。

重复频率在10-30GHz之间的光学频率梳是高精度天文光谱仪获得cm/s（厘米/秒）量级的RV测量精度的最好定标光源。本项目采用F-P腔滤波技术提高谱线间距，分别对基频频率为350MHz的高稳定单块钛宝石频率梳和基频频率为250MHz的镱光纤光梳做了滤波研究。钛宝石光梳经过一个F-P腔的滤波后获得了3.5GHz的梳齿间隔，但是由于钛宝石光梳激光功率不容易放大，经过F-P腔滤波后能量损失无法弥补，因此不能获得大于10GHz的频率间隔。对于镱光纤光梳，采用光纤直接放大技术可以很容易得放大激光功率，因此经过两级放大和两级F-P腔滤波后获得了频率间隔大于20GHz的光学频率梳，并且利用电路锁定技术实现了F-P腔锁定到连续激光、连续激光锁定到光梳、光梳再锁定到外部微波源的频率稳定，从而实现了大于20GHz的频率稳定的天文光梳。另外，理论模拟也证明双滤波腔的边摸抑制比单滤波腔好，在镱天文光梳中，经过第二级F-P腔滤波后，边模抑制比从27 dB提高到 40 dB。