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簡(jiǎn)介 a~y'RyA
B>P{A7Q 天文光干涉儀能夠?qū)崿F(xiàn)恒星和星系的高角分辨率的測(cè)量。首次搭建的天文光干涉儀分別由菲索（1868）和邁克爾遜（1890）提出。邁克爾遜恒星干涉儀于1920年成功地測(cè)出參宿四的直徑�，F(xiàn)如今，恒星干涉儀可用于前沿研究，如外行星識(shí)別和恒星的超高分辨率（4豪弧秒）成像。在本文中，一種經(jīng)典的邁克遜恒星干涉儀將會(huì)在FRED里面進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。 uiR8,H9*M Cr yBwm 恒星干涉儀設(shè)計(jì) >7DhTM-A
}a(dy r`S 系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)如圖1所示。干涉儀由四個(gè)反射鏡、一對(duì)小孔、一個(gè)正透鏡和一個(gè)探測(cè)儀組成。 m
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P.9>z7l{ 圖3 邁克爾遜恒星干涉儀的全局腳本變量
)bs cB j@ 嵌入式腳本可以用于產(chǎn)生具有合適波長(zhǎng)和角距的光源，來(lái)代表恒星對(duì)象。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的一種方法是產(chǎn)生一對(duì)相干的平面波光源：一個(gè)光源就位于M1之前，另一個(gè)就位于M2之前。每個(gè)光源都有基于光源光譜的合適的波長(zhǎng)和相對(duì)功率，并且在提供的角度直徑內(nèi)的任意方向傳播。一旦所有的光源創(chuàng)建好，相干光線追跡就會(huì)執(zhí)行。在探測(cè)器平面上的輻照度和彩色圖會(huì)得到計(jì)算并顯示出來(lái)。為了模擬邁克爾遜恒星干涉儀的運(yùn)行，額外的循環(huán)可以添加到腳本中，它會(huì)在每一步掃描反射鏡間距并計(jì)算條紋可見度。條紋可見度的第一個(gè)極小值會(huì)出現(xiàn)在d=λ0/(2θ)處，其中λ0是恒星（發(fā)光）的中心波長(zhǎng)，θ是以度為單位的角距。 WCixKYq Yr[\|$H5 [1] “Astromomical Interferometer.” Wikipedia. September 16, 2015. Accessed December 15, 2015. https://en.wikipedia.org/wiki/Astronomical_interferometer : ,6\"y- L)
T (< [2] “Michelson Stellar Interferometer.” Wikipedia. June 15, 2014. Accessed December 15, 2015. https://en.wikipedia.org/wiki/Michelson_stellar_interferometer. {&1/V ~oY^;/ j [3] “Measurement of Stellar Diameters.” Brown, R. H. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, vol. 6, p.13. 1968 d>qY{Fdz JY(WK@ 玻片 .U] -j \
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ye5&)d"fa( FRED具備通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)模擬光線偏振的能力。光源可以是隨機(jī)偏振、圓偏振或線偏振。過(guò)濾或控制偏振的光學(xué)元件，如雙折射波片和偏振片，可以準(zhǔn)確的模擬。FRED偏振模型中一些簡(jiǎn)單例子包括吸收二向色性和線柵偏振片，方解石半波片，和馬耳他十字現(xiàn)象。這些特性的每一個(gè)都可以應(yīng)用到更復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)中，如液晶顯示（LCDs）、干涉儀和偏光顯微鏡。 TAW/zpps$ F0@gSurg) 波片模型 &gx%b*;`L0
gc$l^`+M 波片是由尋常光和非尋常光具有不同折射率值的材料制成。取向合適時(shí)，波片可以改變光線的一個(gè)偏振分量（相對(duì)于另一個(gè)），從而改變它的偏振態(tài)。四分之一波片使線偏振變成圓偏振，反之亦然。半波片使x偏振光變成y偏振光，或者右旋偏振光變成左旋偏振光。 Lt>IX") YT(AUS5n 從FRED系統(tǒng)的X偏振片示例開始，波片元件添加到了x偏振片后面（圖1）。模擬一個(gè)波片有兩種方法。最簡(jiǎn)單的方法是指定一個(gè)1/2波片涂層到一個(gè)表面上。在FRED文件的Coatings分類下，用戶可以右鍵點(diǎn)擊Create a New Coating….在下拉菜單中，可以選擇“Polarizer/Waveplate Coating (Jones matrix)”。對(duì)于這個(gè)例子，涂層類型選擇“1/2 wave +45 Fast Axis”。這樣可以保證波片的晶軸相對(duì)于x偏振的入射光旋轉(zhuǎn)45度。 |Z += 圖1 隨機(jī)偏振光通過(guò)x偏振片過(guò)濾。剩余的光線通過(guò)一個(gè)+45°1/2波片（黃色），它可以將x偏振光轉(zhuǎn)換成y偏振光。
%._.~V 模擬波片的一個(gè)更加精確的方法是指定一個(gè)自定義雙折射材料到一個(gè)桿狀元件中。在FRED文件的Material分類中，用戶可以右鍵點(diǎn)擊并選擇Create a New Material….在下拉菜單中，可以選擇“Sampled Birefringent and/or Optically Active Material”。對(duì)于這個(gè)例子，晶軸偏轉(zhuǎn)+45°（0.707,0.707,0），然后定義下面的材料特性（基于方解石晶體）：波長(zhǎng)=0.59um，no=1.658，ne=1.486，ko=0，ke=0。 vUM4S26"NT Wvf
^N( 作為1/2波片，一定要選擇桿的長(zhǎng)度，這樣尋常和非尋常偏振分量可以通過(guò)1/2λ的凈值分隔開來(lái)。 Mb~F%_ c SV aI 其中L=桿長(zhǎng)，λ是以系統(tǒng)單位表示的光波長(zhǎng)，K是一個(gè)整數(shù)，no和ne是雙折射率的尋常和非尋常分量。通過(guò)這個(gè)塊狀雙折射材料的光線追跡會(huì)將每個(gè)光線分成尋常和非尋常分量。作為分析結(jié)果，偏振點(diǎn)圖（Polarization Spot Diagram）將會(huì)顯示每個(gè)單獨(dú)的分量（圖2）。 1yu4emye4
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y 圖2 x偏振光通過(guò)一個(gè)方解石1/2波片后的偏振點(diǎn)圖。偏振的尋常和非尋常分量繪制成單獨(dú)的光線。
f._ua>v,f 為了保證光線確實(shí)是y偏振的，在探測(cè)器表面顯示了相干矢量波場(chǎng)（Coherent Vector Wave Field）。選擇右鍵菜單“Show X Component of Field”，然后再次點(diǎn)擊右鍵，選擇“Show Statistics”，可以觀察到x偏振分量上能量的積分。比較X分量和Y分量，可以證實(shí)幾乎所有的入射能量都在y偏振分量上。 }-=|^ x U`p|(SS- 波片的厚度決定了到達(dá)探測(cè)器x和y偏振光的比值。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，使用3°楔形方解石替代桿狀波片。相干場(chǎng)的x和y分量如圖3所示。 :"/d|i`T }&D32\ 圖3 x偏振光通過(guò)具有+45°光軸的楔形方解石晶體后，探測(cè)器上相干矢量場(chǎng)的x和y分量。波片厚度沿著y方向變化，因此在沿著楔形周期性位置處擔(dān)當(dāng)著1/2波片的角色。
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