重大突破

　　为面向天文高精度偏振测量研究及实测需求，近期，中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所郭晶副研究员团队完成了基于液晶延迟器（分别包括铁电液晶延迟器FLC和液晶可变相位延迟器LCVR）的偏振测量关键技术攻关，重点解决了液晶延迟器的电光特性定标、电光型调制偏振方案的设计与优化、偏振响应定标与校正、偏振数据处理与偏振信号重构等核心问题，并提出了一种多变量非线性约束的偏振效率优化方法。相关研究成果于2021年4月发表在国际天文期刊Publications of the Astronomical Society of Japan（https://doi.org/10.1093/pasj/psab007）及2020年8月发表在Solar Physics期刊（https://doi.org/10.1007/s11207-020-01676-2）。  

　　偏振测量技术能够获取观测目标光的偏振状态、偏振光强和总光强等重要信息，该技术在系外行星探测与刻画、星周盘观测、太阳磁场测量等天文研究领域中发挥着重要作用。液晶延迟器作为一种通过驱动电信号可对其特性进行主动控制的新型偏振光学元件，具有电光型调制特色（工作时无需机械运动）、调制频率高（比传统机械型调制高1~2个数量级）、驱动电压低（零至十几伏）等优点。  

　　该团队设计了以一对液晶延迟器为核心的偏振调制与解调方案，能够测量得到观测目标的全部Stokes参数I, Q, U, V。另外，在液晶延迟器定标结果的基础上，完成了多变量非线性约束的偏振效率优化，获得了最大偏振效率（ξ=0.9861）和各偏振元件的最佳方位角（θ1=27.3°, θ2=62.5°, θ3=75.2°）。经比较，该偏振效率超过了当今国际上许多代表性偏振仪器的偏振效率，说明了团队提出的优化方法的有效性。此外，为了充分利用液晶延迟器的快速调制能力，通过引入一台DAQ然后优化设计各通道内驱动电信号的工作频率、精确延时和外部触发等条件，实现了偏振系统高速控制与偏振图像同步采集。部分研究结果如图1所示。  

　图1 基于液晶延迟器的偏振测量关键技术研究  

　　随后，该团队研发了一套基于液晶延迟器的偏振测量实验系统，系统结构紧凑，如图2所示。目前，该系统优化于Hα（6562.8埃），并对接使用一架200 mm口径太阳望远镜的卡焦，完成与望远镜的联调和测试后，利用太阳色球进行了偏振试观测，如图3所示。实测结果表明，偏振调制频率达到95 Hz，偏振精度2.7×10^-3，视场范围62″×62″（最大可扩展至62″×525″）。研究工作获得了审稿人的高度评价：“This work presents a successful improvement of a FLC polarimeter, which enables high cadence polarization measurements covering wide field of view, and such observations are impossible for spectropolarimeters attached large solar telescope.”  

图2 研发的偏振测量实验系统主要构成 

　图3 偏振测量实验系统对色球宁静区和临边区的偏振试观测结果与分析  

　　后续，该团队将继续深化偏振技术、偏振仪器和处理算法等研究，进一步提升偏振系统性能和形成多波段偏振测量能力，以期应用于我国基于地面望远镜和空间望远镜开展的天文高精度偏振观测研究之中。  

　　本研究得到国家自然科学基金（11703058，11827804，U2031210）及中国科学院战略性先导科技专项（A类）（XDA15011100）资助。