Ширококутний Стокс-поляриметр для мережі телескопів BOOTES. Оптичний та механічний дизайн

Автор(и)

  • I. I. Синявський Головна астрономічна обсерваторія Національної академії наук України
  • А. Кастро-Тірадо Інститут астрофізики Андалусії
  • Ю. С. Іванов Головна астрономічна обсерваторія Національної академії наук України
  • С. С. Гузій Інститут астрофізики Андалусії
  • Є. А. Оберемок Головна астрономічна обсерваторія Національної академії наук України

DOI:

https://doi.org/10.15407/knit2024.02.093

Ключові слова:

Cтокс-поляриметр, поляризація, телескоп

Анотація

Розглянуто зображуючий поляриметр EDIPO (Efficient & Dedicated wide-field Imaging Polarimeter), який у комбінації з астрономічними телескопами мережі BOOTES (Burst Observer and Transient Exploring System) призначений для дослідження поляризаційних особливостей швидкоплинних процесів післясвітіння гамма-спалахів (Gamma-ray burst – GRB). Конструкція поляриметра дозволяє встановлювати його на телескопи мережі з діаметром головного дзеркала до 1.4 м. Поляриметр спроектовано для проведення аналізу параметрів поляризації повністю та частково лінійно поляризованого випромінювання у спектральному діапазоні 450 – 1000 нм. Аналізатор поляризації поляриметра не містить рухомих елементів і дозволяє проводити вимірювання параметрів Стокса IQU випромінювання у полі зору 30´х30´ одномоментно для однієї спектральної смуги робочого спектрального діапазону. Оптичну частину поляриметра без спектральних фільтрів та аналізатора поляризації виготовлено, зібрано та випробувано на телескопі з діаметром дзеркала 1.23 м. Наведено проект процедури поляриметричного калібрування системи поляриметр-телескоп.

Посилання

Afanasiev V. L. Shablovinskaya E. S., Uklein R. I., Malygin E. A. (2021). Stokes-Polarimeter for 1-m Telescope. Astrophys. Bull., 76(1), 102-108.

https://doi.org/10.1134/S1990341321010028

Angel J. R. P., Stockman H. S. (1980). Optical and infrared polarization of active extragalactic objects. Annu. Rev. Astron.and Astrophys., 18, 321-361.

https://doi.org/10.1146/annurev.aa.18.090180.001541

Bauer M., Grießbach D., Hermerschmidt A., Krüger S., Scheele M., Schischmanow A. (2008). Geometrical camera calibration with diffractive optical elements. Opt. Express, 16, 20241-20248.

https://doi.org/10.1364/OE.16.020241

Bret-Dibat T., Andre Y., Laherrere J. M. (1995). Preflight calibration of the POLDER instrument. Proc. SPIE, 2553, 218-231.

https://doi.org/10.1117/12.221357

Cairns B., Russell E. E., Travis L. D. (1999). Research Scanning Polarimeter: calibration and ground-based measurements. Proc. SPIE, 3754, 186-196.

https://doi.org/10.1117/12.366329

C astro-Tirado A. J., Cunniffe R., de Ugarte Postigo A., Jelínek M., Vitek S., Kubánek P., Gorosabel J., Castillo Carrión S., Mateo Sanguino T. J., Riva A., Conconi P., di Caprio V., Zerbi F., Amado P., Cárdenas C., Claret A., Guziy S., Martín-Ruiz S., Sánchez M. A., García Teodoro P., Castro Cerón J. M., Díaz Verdejo J., Hudec R., López Soler J. M., Berná Galiano J. Á., Casares J., Fabregat J., Páta P., Sánchez Fernández C., Sabau-Graziati M. D., Trigo-Rodríguez J. M., Vitali F. (2006). BOOTES-IR: a robotic nIR astronomical observatory devoted to follow-up of transient phenomena. Proc. SPIE, 6267, 62670I.

https://doi.org/10.1117/12.671579

Castro-Tirado A. J., Soldán J., Bernas M., Páta P., Rezek T., Hudec R., Sanguino T. M., de la Morena B., Berná J. A., Rodríguez J., Peña A., Gorosabel J., Más-Hesse J. M., Giménez A. (1999). The Burst Observer and Optical Transient Exploring System (BOOTES). Astron. and Astrophys. Suppl. Ser., 138, 583-585.

https://doi.org/10.1051/aas:1999362

Chen L. G., Zheng X. B., Hong J., Qiao Y. L., Wang Y. J. (2010). A novel method for adjusting CCD camera in geometrical calibration based on a two-dimensional turntable. Optik, 121, 486-489.

https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2008.08.004

Chipman R. A., Lam W. S. T., Young G. (2018). Polarized Light and Optical Systems. CRC Press, Taylor & Francis Group. Ser.: Optical Sciences and Applications of Light, 1036 p. ISBN 9781351129121.

https://doi.org/10.1201/9781351129121

Collett E. (2005). Field Guide to Polarization. SPIE Press, 134 p. ISBN: 9780819458681

https://doi.org/10.1117/3.626141

Collins P., Redfern R. M., Sheeha B. (2008). Design, Construction and Calibration of the Galway Astronomical Stokes Polarimeter (GASP). AIP Conf. Proc., 984, 241-246.

https://doi.org/10.1063/1.2896936

Crutcher R. M., Wandelt B. D., Heiles C., Falgarone E., Troland T. H. (2010). Magnetic Fields in Interstellar Clouds from Zeeman Observations: Inference of Total Field Strengths by Bayeslan Analysis. Astrophys. J., 725, 466-479.

https://doi.org/10.1088/0004-637X/725/1/466

Devogèle M., Cellino A., Bagnulo S., Rivet J. P., Bendjoya P., Abe L., Pernechele C., Massone G., Vernet D., Tanga P., Dimur C. (2017). The Calern Asteroid Polarimetric Survey using the Torino polarimeter: assessment of instrument performances and first scientific results. Mon. Notic. Roy. Astron. Soc., 465, 4335-4347.

https://doi.org/10.1093/mnras/stw2952

Fishman G. J., Meegan C. A. (1995). Gamma-Ray Bursts. Annu. Rev. Astron. and Astrophys., 33, 415-458.

https://doi.org/10.1146/annurev.aa.33.090195.002215

Götz D., Laurent P., Lebrun F., Daigne F., Bošnjak Ž. (2009). Variable polarization meashured in the prompt emission of GRB 04121 9A using IBIS on board integral. Astrophys. J., 695, L208.

https://doi.org/10.1088/0004-637X/695/2/L208

Heiles C. (2000). 9286 Stars: Anglomeration of Stellar Polarization Catalogs. Astron. J., 119(2), 923-927.

https://doi.org/10.1086/301236

Huang C., Meng B., Chang Y., Chen F., Zhang M., Han L., Xiang G., Tu B., Hong J. (2020). Geometric calibration method based on a two-dimensional turntable for a directional polarimetric camera. Appl. Opt., 59(1), 226-233.

https://doi.org/10.1364/AO.59.000226

Ivanova O. V., Dlugach J. M., Afanasiev V. L., Reshetnyk V. M., Korsun P. P. (2015). CCD polarimetry of distant comets C/2010 S1 (LINEAR) and C/2010 R1 (LINEAR) at the 6-m telescope of the SAO RAS. Planet. and Space Sci., 118, 199-210.

https://doi.org/10.1016/j.pss.2015.05.009

Ivanova O., Rosenbush V., Afanasiev V., Kiselev N. (2017). Polarimetry, photometry, and spectroscopy of comet C/2009 P1 (Garradd). Icarus, 284, 167-182.

https://doi.org/10.1016/j.icarus.2016.11.014

Ivanova O., Rosenbush V., Luk'yanyk I., Kolokolova L., Kleshchonok V., Kiselev N., Kirk Z. R. (2021). Observations of distant comet C/2011 KP36 (Spacewatch): photometry, spectroscopy, and polarimetry. Astron. and Astrophys., 651, A29.

https://doi.org/10.1051/0004-6361/202039668

Jannuzi B. T., Green R. F., French H. (1993). An optical polarization survey for BL Lacertae objects and highly polarized quasars. Astrophys. J., 404, 100-111.

https://doi.org/10.1086/172262

Kawabata K. S., Nagae O., Chiyonobu S., Tanaka H., Nakaya H., Suzuki M., Kamata Y., Miyazaki S., Hiragi K., Miyamoto H., Yamanaka M., Arai A., Yamashita T., Uemura M., Ohsugi T., Isogai M., Ishitobi Y., Sato S. (2008). Wide-field one-shot optical polarimeter: HOWPol. Proc. SPIE, 70144L.

https://doi.org/10.1117/12.788569

Kolokolova L., Kimura H., Kiselev N., Rosenbush V. (2007). Two different evolutionary types of comets proved by polarimetric and infrared properties of their dust. Astron. and Astrophys., 463(3), 1189-1196.

https://doi.org/10.1051/0004-6361:20065069

Li H.-B. (2021). Magnetic Fields in Molecular Clouds - Observation and Interpretation. Galaxies, 9(2), 41.

https://doi.org/10.3390/galaxies9020041

Lin H.-N., Li X., Chang Z. (2017). Polarization of gamma-ray burst afterglows in the synchrotron self-Compton process from a highly relativistic jet. Chinese Phys., 41(4), 045101.

https://doi.org/10.1088/1674-1137/41/4/045101

Llull P., Myhre G., Pau S. (2011). Lens array Stokes imaging polarimeter. Meas. Sci. Technol., 22, 065901.

https://doi.org/10.1088/0957-0233/22/6/065901

Magalhães A. M., Gomes A. L., de Almeida V. A., Rodrigues C. V., Pereyra A., Wisniewski J., Bjorkman K., Bjorkman J., Meade M., Babler B. L. (2008). The magnetic field structure of the Small Magellanic Cloud. Proc. IAU, 4, S256, 178-183.

https://doi.org/10.1017/S1743921308028421

Maharana S., Kypriotakis J. A., Ramaprakash A. N., Rajarshi C., Anche R. M., Shrish Shrish, Blinov D., Eriksen H. K., Ghosh T., Gjerløw E., Mandarakas N., Panopoulou G. V., Pavlidou V., Pearson T. J., Pelgrims V., Potter S. B., Readhead A. C. S., Skalidis R., Tassis K., Wehus I. K. (2021). WALOP-South: A Four Camera One Shot Imaging Polarimeter for PASIPHAE Survey. Paper I. Optical Design. J. Astron. Telesc., Instrum., and Systems, 7(1), 014004.

https://doi.org/10.1117/1.JATIS.7.1.014004

Martínez-Solaeche G., Karakci A., Delabrouille J. (2018). A 3D model of polarized dust emission in the Milky Way. Mon. Notic. Roy. Astron. Soc., 476, 1310-1330.

https://doi.org/10.1093/mnras/sty204

Martins J. V. (2018). The Hyperangular Imaging Polarimeter (HARP) and the Use of Nanosatellites for Earth Science Remote Sensing.

URL: http://www.fap.if.usp.br/~hbarbosa/uploads/Site/ JournalClub/Vanderlei_11jul2018.pdf (Last accessed: 23.02.2024).

McKee C., Ostriker E. (2007). Theory of Star Formation. Annu. Rev. Astron. and Astrophys., 45, 565-687.

https://doi.org/10.1146/annurev.astro.45.051806.110602

Milinevsky G., Oberemok Y., Syniavskyi I., Bovchaliuk A., Kolomiets I., Fesianov I., Wang Y. (2019). Calibration model of polarimeters on board the Aerosol-UA space mission. J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer., 229(5), 92-105.

https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2019.03.007

Minami Y. (2020). Determination of miscalibrated polarization angles from observed cosmic microwave background and foreground EB power spectra: Application to partial-sky observation. Prog. Theor. Exp. Phys., 6, 063E01.

https://doi.org/10.1093/ptep/ptaa057

Minami Y., Komatsu E. (2020). New Extraction of the Cosmic Birefringence from the Planck 2018 Polarization Data. Phys. Rev. Lett., 125, 221301.

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.221301

Minami Y., Ochi H., Ichiki K., Katayama N., Komatsu E., Matsumura T. (2019). Simultaneous determination of the cosmic birefringence and miscalibrated polarization angles from CMB experiments. Prog. Theor. Exp. Phys., 2019(8), 083E02.

https://doi.org/10.1093/ptep/ptz079

Mudge J., Virgen M., Dean P. (2009). Near-infrared simultaneous Stokes imaging polarimeter. Proc. SPIE, 7461, 74610L-1-74610L-6.

https://doi.org/10.1117/12.828437

Mu T., Bao D., Han F., Sun Y., Chen Z., Tang Q., Zhang C. (2019). Optimized design, calibration, and validation of an achromatic snapshot full-Stokes imaging polarimeter. Opt. Express, 27(16), 23009-23028.

https://doi.org/10.1364/OE.27.023009

Mu T., Zhang C., Liang R. (2015). Demonstration of a snapshot full-Stokes division-of-aperture imaging polarimeter using Wollaston prism array. J. Opt., 17(12), 125708.

https://doi.org/10.1088/2040-8978/17/12/125708

Mu T., Zhang C., Li Q., Liang R. (2015). Error analysis of single-snapshot full-Stokes division-of-aperture imaging polarimeters. Opt. Express, 23(8), 10822-10835.

https://doi.org/10.1364/OE.23.010822

Oliva E. (1997). Wedged double Wollaston, a device for single shot polarimetric measurements. Astron. and Astrophys. Suppl. Ser., 123(3), 589-592.

https://doi.org/10.1051/aas:1997175

Pedersini F., Sarti A., Tubaro S. (1999). Accurate and simple geometric calibration of multi-camera Systems. Signal Proc.,

(3), 309-334.

https://doi.org/10.1016/S0165-1684(99)00042-0

Pernechele C., Abe L., Bendjoya P., Cellino A., Massone G., Rivet J. P., Tanga P. (2012). A "single-shot" optical linear polarimeter for asteroids studies. Proc. SPIE, 8446, 84462H-1-6.

https://doi.org/10.1117/12.925933

Perreault J. D. (2013). Triple Wollaston-prism complete-Stokes imaging polarimeter. Opt. Lett., 38(19), 3874-3877.

https://doi.org/10.1364/OL.38.003874

Pezzaniti J. L., Chenault D., Roche M., Reinhardt J., Pezzaniti J. P., Schultz H. (2008). Four camera complete Stokes

imaging polarimeter. Proc. SPIE., 6972, 69720J-1b-69720J-12.

https://doi.org/10.1117/12.784797

Piran T. (1999). Gamma ray bursts and the fireball model. Phys. Rep., 314(6), 575-667. DOI: 10.1016/S0370-1573(98)00127-6.

https://doi.org/10.1016/S0370-1573(98)00127-6

Radecke H. D., Kanbach G. (1992). The Egret High Energy Gamma Ray Telescope on GRO: Instrument Description and Scientific Mission. Data Analysis in Astronomy IV. Ed. V. Di. Gesu et al., 303-310.

https://doi.org/10.1007/978-1-4615-3388-7_31

Ramaprakash A. N., Rajarshi C. V., Das H. K., Khodade P., Modi D., Panopoulou G., Maharana S., Blinov D., Angelakis E., Casadio C., Fuhrmann L., Hovatta T., Kiehlmann S., King O. G., Kylafis N., Kougentakis A., Kus A., Mahabal A., Marecki A., Myserlis I., Paterakis G., Paleologou E., Liodakis I., Papadakis I., Papamastorakis I., Pavlidou V., Pazderski E., Pearson T. J., Readhead A. C. S., Reig P., Slowikowska A., Tassis K., Zensus J. A. (2019). RoboPol: A four-channel optical

imaging polarimeter. Mon. Notic. Roy. Astron. Soc., 485, 2355-2366.

https://doi.org/10.1093/mnras/stz557

Romero G. (2005). Proc. Marcel Grossmann 10th Meeting, World Scientific Publishing (Singapore), P. 2429.

Shestopalov D. I., Golubeva L. F. (2015). Polarimetric properties of asteroids. Adv. Space Res., 56, 2254-2274.

https://doi.org/10.1016/j.asr.2015.08.013

Shibata S., Hagen N., Kawabata S., Otani Y. (2019). Compact and high-speed Stokes polarimeter using three-way polarization- preserving beam splitters. Appl. Opt., 58(21), 5644-5649.

https://doi.org/10.1364/AO.58.005644

Shrestha M., Steele I. A., Piascik A. S., Jermak H., Smith R. J., Copperwheat C. M. (2020). Characterization of a dualbeam, dual-camera optical imaging polarimeter. Mon. Notic. Roy. Astron. Soc., 494, 4676-4686.

https://doi.org/10.1093/mnras/staa1049

Shu F., Adams F., Lizano S. (1987). Star Formation in Molecular Clouds: Observation and Theory. Annu. Rev. Astron. and Astrophys., 25, 23-81.

https://doi.org/10.1146/annurev.aa.25.090187.000323

Sillanpää A., Takalo L. O., Nilsson K., Kikuchi S. (1993). Photopolarimetry of BL Lac. Astrophys. Space Sci., 206, 55-70.

https://doi.org/10.1007/BF00658383

Sinyavskiĭ I. I., Ivanov Yu. S., Vid'machenko A. P. (2013). Concept of the construction of the optical setup of a panoramic Stokes polarimeter for small telescopes. J. Opt. Technol., 80(9), 545-548.

https://doi.org/10.1364/JOT.80.000545

Steele I. A., Mundell C. G., Smith R. J., Kobayashi S., Guidorzi C. (2009). Ten percent polarized optical emission from GRB-090102. Nature, 462, 767-769.

https://doi.org/10.1038/nature08590

Svalheim T. L., Andersen K. J., Aurlien R., Banerji R., Bersanelli M., Bertocco S., Brilenkov M., Carbone M., Colombo L. P. L., Eriksen H. K., Foss M. K., Franceschet C., Fuskeland U., Galeotta S., Galloway M., Gerakakis S., Gjerløw E., Hensley B., Herman D., Iacobellis M., Ieronymaki M., Ihle H. T., Jewell J. B., Karakci A., Keihänen E., Keskitalo R., Maggio G., Maino D., Maris M., Paradiso S., Partridge B., Reinecke M., Suur-Uski A.-S., Tavagnacco D., Thommesen H., Watts D. J., Wehus I. K., Zacchei A. (2023). Beyond Planck. XIV. Polarized foreground emission between 30 and 70 GHz. Astron. and Astrophys., 675, A14.

https://doi.org/10.1051/0004-6361/202243160

Syniavskyi I., Ivanov Yu. S. (2014). Four-channel imaging Stokes polarimeter for small telescopes. Contrib. Astron. Observ. Skalnate Pleso, 43, 253-255.

Syniavskyi I. I., Ivanov Yu. S., Sosonkin M. G., Milinevsky G. P., Koshman G. (2018). Multispectral imager-polarimeter of the "AEROSOL-UA" space project. Space Sci. and Technol., 24(3), 23-32.

https://doi.org/10.15407/knit2018.03.023

Syniavskyi I., Oberemok Ye., Danylevsky V., Bovchaliuk A., Fesianov I., Milinevsky G., Savenkov S., Yukhymchuk Yu., Sosonkin M., Ivanov Yu. (2021). Aerosol-UA satellite mission for the polarimetric study of aerosols in the atmosphere. J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer., 267, 107601.

https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2021.107601

Tedesco E. F. (1994). Asteroid albedos and diameters. Asteroids, comets, meteors 1993: Proc. 160th Int. Astron. Union (Belgirate, Italy, June 14-18, 1993). Eds A. Milani, M. Di Martino, and A. Cellino. Int. Astron. Union. Symp., No. 160, 55-74.

https://doi.org/10.1017/S0074180900046453

Toth L. V., Doi Y., Zahorecz S., Pinter S., Racz I. I., Bagoly Z., Balazs L.G., Horvath I., Kiss C., Kovács T., Onishi T. (2019). Galactic foreground of gamma-ray bursts from AKARI Far-Infrared Surveyor. Publ. Astron. Soc. Jap., 71(1), 10 (1-20).

https://doi.org/10.1093/pasj/psy123

Tyo J., S., Goldstein D., L., Chenault D. B., Shaw J. A. (2006). Review of passive imaging polarimetry for remote sensing applications. Appl. Opt., 45(22), 5453-5469.

https://doi.org/10.1364/AO.45.005453

Zhang H. (2019). Blazar optical polarimetry: Current progress in observations and theories. Galaxies, 7(4), 85.

https://doi.org/10.3390/galaxies7040085

Zhang Z. (2020). А flexible new technique for camera calibration. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 22, 1330-1334.

https://doi.org/10.1109/34.888718

Zhu S., Jin S., Shu Y., Liu Z., Hong J. (2023) Polarization calibration method for simultaneous imaging polarization camera. Proc. SPIE., 125570D.

https://doi.org/10.1117/12.2646131

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-06-01

Як цитувати

Синявський I. I., Кастро-Тірадо, А., Іванов, Ю. С., Гузій, С. С., & Оберемок, Є. А. (2024). Ширококутний Стокс-поляриметр для мережі телескопів BOOTES. Оптичний та механічний дизайн. Космічна наука і технологія, 30(2), 93–108. https://doi.org/10.15407/knit2024.02.093

Номер

Розділ

Астрономія й астрофізика