本文關鍵詞：廣角契倫科夫望遠鏡聚光器的研究

  更多相關文章： 宇宙線 廣角契倫科夫望遠鏡陣列 非成像光學 復合拋物面聚光器 光電倍增管

【摘要】：高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)是我國第十三個五年規(guī)劃中以宇宙線觀測研究為核心的重大科技基礎建設項目,它將使我國成為世界上四大宇宙線的研究實驗基地之一。廣角契倫科夫望遠鏡列陣(WFCTA)是LHAASO計劃的重要組成部分,它將實現(xiàn)宇宙線能譜的高精度測量,探索世界重要之謎——宇宙線的起源。WFCTA主要由光學反射系統(tǒng)、探測器電子學系統(tǒng)及機械支撐與調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成,由光電倍增管陣列組成的探測器位于球面反射鏡的焦平面上。由于光電倍增管的幾何外形和其光電陰極的有效響應區(qū)決定了光電倍增管排列成探測器陣列時必然出現(xiàn)無響應的死區(qū)和靈敏度極低的無效區(qū),降低了對契倫科夫光信號的收集效率。為了提高契倫科夫望遠鏡的探測效率和靈敏度,本文將針對WFCTA的實際應用要求,通過在探測器前端運用聚光器的方法,有效地解決光電倍增管陣列的死區(qū)和無效區(qū)問題。論文主要工作如下：一.簡要介紹了高能宇宙線探測研究的背景和意義,以及LHAASO計劃的概況；調(diào)研了目前國內(nèi)外在該領域中對聚光器的研究現(xiàn)狀。闡述了聚光器的基本理論,對復合拋物面聚光器的構成、關鍵參數(shù)和特性作了詳細分析,為聚光器的設計奠定理論基礎。二.根據(jù)聚光器的邊緣光線原理,設計并優(yōu)化了適合WFCTA探測器的聚光器結構參數(shù)；并在ZEMAX的非序列模式中,對圓形光錐、六邊形光錐、復合拋物面聚光器(CPC)、六邊形CPC四種不同類型的單個聚光器進行模擬；在混合序列模式中,模擬了實際WFCTA光學系統(tǒng)中聚光器的聚光效果。分析結果表明,六邊形CPC具有較好的聚焦效果和光收集效率,選定其為WFCTA探測器的聚光器方案。三.根據(jù)六邊形CPC的設計參數(shù),對其進行樣品加工和測試。通過樣品的實驗測試表明,本文所設計加工的六邊形CPC對光信號的收集效率明顯提高,與不使用聚光器相比,其收集效率提高30%,且對光收集的均勻性較好,基本達到了預期要求。
【關鍵詞】：宇宙線 廣角契倫科夫望遠鏡陣列 非成像光學 復合拋物面聚光器 光電倍增管
【學位授予單位】：云南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH751
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-20
• 1.1 研究背景及意義8-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 HESS12-13
• 1.2.2 MAGIC13-14
• 1.2.3 CTA14-16
• 1.3 本文研究內(nèi)容16-20
• 1.3.1 廣角契倫科夫望遠鏡光學系統(tǒng)16-17
• 1.3.2 契倫科夫輻射探測器17-18
• 1.3.3 本文的研究內(nèi)容18-20
• 第二章 聚光器20-32
• 2.1 太陽能聚光器應用20-21
• 2.2 非成像光學聚光器的基本理論21-22
• 2.2.1 邊緣光線法21-22
• 2.2.2 幾何矢量流法22
• 2.3 聚光器的設計原理22-29
• 2.3.1 光錐22-23
• 2.3.2 復合拋物面聚光器23-27
• 2.3.3 錐形聚光器和拋物面聚光器27-29
• 2.4 充滿介質(zhì)的全內(nèi)反射復合拋物面型聚光器29
• 2.5 用于有限遠光源的聚光器29-30
• 2.6 本章小結30-32
• 第三章 聚光器設計和模擬32-46
• 3.1 聚光器的設計32-34
• 3.1.1 設計要求32-33
• 3.1.2 初始結構設計33
• 3.1.3 結構優(yōu)化設計33-34
• 3.2 復合拋物面聚光器性能模擬軟件34-35
• 3.2.1 Zemax軟件中的序列模式34-35
• 3.2.2 Zemax軟件中的非序列模式35
• 3.3 聚光器性能模擬35-44
• 3.3.1 非序列模式中的聚光器模擬35-41
• 3.3.2 混合序列模式中的聚光器模擬41-44
• 3.4 本章小結44-46
• 第四章 復合拋物面型聚光器實驗46-56
• 4.1 六邊形CPC樣品46
• 4.2 六邊形CPC實驗測試46-51
• 4.2.1 測試裝置46-49
• 4.2.2 LED光強測試49-51
• 4.3 聚光器測試51-54
• 4.3.1 六邊形CPC實驗51-52
• 4.3.2 高能所聚光器實驗52-53
• 4.3.3 六邊形CPC和高能所聚光器測試結果對比53-54
• 4.4 本章小結54-56
• 第五章 總結與展望56-58
• 5.1 總結56
• 5.2 展望56-58
• 參考文獻58-62
• 攻讀碩士學位期間完成的科研成果62-64
• 致謝64

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本文編號：669536