[发明专利]全纤维天文光纤耦合传输系统

说明书

本发明涉及一种全纤维天文光纤耦合传输系统，该系统没有光学系统，而是全部由光导纤维构成，故可简称全纤维系统，或AFC（即All-Fiber-Coupler），该系统能够极其出色地实现天文观测中所需要的全部功能：寻星、拾星、导星、传输、光谱定标和天空背景光谱记录等。

近来光纤耦合传输系统在天文观察中虽已获得了广泛的应用，但在实际上仍需要复杂的光学系统配合，例如美国国立天文台的单目标光纤系统耦合方案是：将来自望远镜的成象光束8，经缩焦透镜7后，投到光导纤维1上，传至摄谱仪进行分光;如果未投准光纤，则落入反射镜2，经反射后由透镜3准直，再经反射镜4、棱镜5、折向电视摄象机获得寻星、导星视场;为了便于寻星还设有摆动反射镜9和棱镜10，在光路中来回摆动，获得大视场寻视和光谱定标光源。又如将光纤系统用于天体物理观测的最被提出者：美国Steward天文台，其单目标光纤耦合方案是：将来自望远镜的成象光束，投到耦合光纤的入射端面F上，被导向摄谱仪（未给出定标光源怎样处理）。如果未落到纤维上，则落到反射镜1上，经透镜2准直后，投向反射镜3，再经透镜4成象于电视摄象机，构成寻星、寻星视场。再如德国欧洲南方天文台的单目标光纤耦合系统方案是：将来自望远镜的成象光束，经反射镜1和反射镜3获得较大的寻星视场，当找到对象星后，摆开反射镜1，让光束射到光纤探头10上。如果进入光纤则被导向摄谱仪分光，若未进入光纤，则被其头部的反射镜（3）反射，经石英片（5）投向三合透镜组2，进入反射镜2，然后反射至反射镜3，进入电视摄象机，构成寻星、导星视场。来自两个定标灯的光源经光束分裂器，进入棱镜、透镜组合体，再投向光纤，进行定标光源拍摄。综上所述，由于系统内设有光学系统也随之带来了诸如调整使用不便，制造成本较高、体积大而笨重致使不易安装，而且不能在望远镜的各个不同焦点位置上通用等弊病。

本发明的任务是，提出一种全纤维天文光纤耦合传输系统，因其不设光学系统，使上述弊病转变成突出的优点，即没有光路调整问题，体积小安装简便，通用性强，导星精度高，而且制造成本大为降低。

完成上述任务的技术方案是，在玻璃纤维按相关排列方式粘结而成的光纤传象束的中心区域夹排两根主石英光导纤维，其中一根用于探测天体目标，另一根用于探测天空背景，使来自望远镜的成象光束被聚焦在处于望远镜焦面的光纤传象束的入射端上，天体星象经传象束传至寻星、导星束，达到其出射端，经电视摄象机的物镜接收后，在其监视器屏幕上将可看到目标星象。上述主石英光纤经分叉套后，被导向摄谱仪，与其位置完全精确对应的断丝纤维在寻星、导星束的出射端形成两个相应的“黑洞”。微动望远镜的指向位置，就可以在监视器屏幕上清楚地看到目标天体星象在屏幕上慢慢移动，因而可使该天体星象落入主石英纤维形成的第一个“黑洞”中，此时星光消失，看不见了，天空背景光随之落入主石英纤维形成的第二个“黑洞”中，此过程相应于天体星象落入上述两根主石英纤维中。此时摄谱仪通过主石英光缆和定标光缆出射端接收传来的信号，进行天体光谱记录和天空背景光谱记录以及定标光谱记录。

当望远镜跟踪不准时，会看到星象溢出主石英纤维在屏幕上“生光”，此时可微动望远镜重新将星象落入主石英纤维“黑洞”中，这就是所谓“导星”过程，反复监视重复此过程，就可以实现整个观测过程的精确导星监视。

实践表明，按照本发明构思设计的全纤维天文光纤耦合传输系统，不仅能够实现天文观测中所需要的全部功能，而且操作方便，省力省时，性能可靠，其突出的优点是设有光学系统的光纤耦合传输系统所不可以拟的。例如本发明的系统其与望远镜焦面接口的纤维束入射端探头部分体积特小，如同小手指那样大，这就使整个系统，可以随意方便地安放到任何望远镜的任何焦点位置上，当其放在望远镜主焦点的位置上挡光量减至极小，而放在其它焦点位置上则无挡光问题，因此，通用性极强。由于小，一人就可操作，五分钟就可安装就绪。此外，星象落入光纤的准确情况十分清楚，若跟踪不准，星象摆出光纤的情况也易鉴别，相对于设有光学系统的情况需用一种壁厚较厚的金属保护管来保护，因而形成较宽的盲区，导致导星精度降低，而本发明的导星精度则至少可以高一个数量级。

现在结合附图，对本发明的一个实施例作进一步说明。

附图表示按照本发明的全纤维天文光纤耦合传输系统的配置示意图。