太阳是地球能量的主要来源, 太阳活动和变化对地球影响极大。为了满足天文学家对太阳观测和研究的需求, 设计一种新型Lyman α和可见光双波段内掩式日冕仪(SCI日冕仪), 能够在121.6 nm和700 nm两个波段同时对日冕进行高分辨率成像观测。根据太阳在121.6 nm和700 nm日面与日冕的辐射特性确定仪器的参数, 给出了日冕仪的初始结构, 建立评价函数对初始结构进行优化。分析了日冕仪光学系统的成像性能和各个光学元件产生杂散光对成像性能的影响, 确定影响系统杂散光抑制水平的主要光学元件和机械结构, 提出了对光学元件表面粗糙度的要求, 给出了里奥光阑的位置和通光口径。还设计了日冕仪光学反射镜和光学分色镜的膜系结构, 实现了对内日冕在121.6 nm和700 nm两个波段的同时成像。实验结果表明: SCI日冕仪视场覆盖1.1~25个太阳半径(Rs, 取1 Rs=0.267°), 空间分辨率优于4.8″, 杂散光抑制水平在1.1Rs处优于10-6量级, 在2.5Rs处优于10-8量级, 满足观测需求。

平场改正可以扣除日冕仪成像过程中的不均匀性, 是其数据定标的必要步骤。提出一套基于乳白玻璃测量日冕仪平场的装置和方法, 并开展了相关模拟和实地测量以验证该方法的可行性。首先, 模拟了太阳经乳白玻璃后在日冕仪观测视场内扩散光源的均匀性, 模拟结果表明其均匀度为99.98%, 十分接近理想的均匀面光源。其次, 测量了12 cm地基日冕仪的平场, 测量结果显示该方法可以测量出日冕仪成像的不均匀性, 如探测器的条纹。平场改正后的结果符合日冕和天空背景亮度的径向分布。最后, 为评价利用乳白玻璃测量平场的有效性, 将其和天空平场进行了对比, 二者相关系数为99.94%, 线性拟合斜率为1, 具有极强的相关性。

研究了拉曼阿尔法反射式日冕仪的成像与杂光分布水平, 以期获得可靠的杂散光测量方法。根据日冕仪和反射式日冕仪的设计原理, 设计并加工了一种新型球面反射式日冕仪实验装置, 用于观测太阳在太阳半径(R⊙)为1.3～2.5R⊙时的拉曼阿尔法波段日冕的辐射。对该实验装置进行了成像分辨率测试, 结果显示该实验装置的空间分辨率为17.96 lp/mm, 与设计结果相吻合。使用Trace pro软件建立了日冕仪的仿真模型, 在零度视场情况下对比了仿真模型和该实验装置获得的子午方向上的杂光分布, 得到了该日冕仪实验装置的系统杂光点源透射率(PST)曲线, 通过计算得知相应的杂光系数为0.278。文中亦对该实验装置的杂散光来源进行了分析。

针对太阳极轨望远镜计划对大视场日冕仪杂散光抑制的要求, 设计了一个衍射抑制程度更高的锯齿型外掩体用于该日冕仪。应用半无限矩形法模拟了锯齿型外掩体衍射光强分布, 得到了最低衍射强度的锯齿形状。通过实验检测了此最优锯齿形状外掩体的衍射光抑制水平, 并与圆形外掩体衍射光强进行了对比, 证实了锯齿型外掩体相对于圆形外掩体在抑制衍射光上的优势。实验观测结果显示, 优化设计后的锯齿型外掩体的衍射光强抑制水平可以达到10-7量级, 高于目前国际上实验观测到的外掩体衍射光强抑制水平10-6量级, 可以满足大视场日冕仪的对杂散光抑制的要求。

日冕仪是在像面人工制造日全食影像的日冕观测仪器，其具备的杂光遮拦结构可使得日冕仪像面具有黑暗的背景。其中Lyot光阑可遮拦日冕仪入射口径边缘衍射光所形成的衍射环。其结构参数根据衍射光波长的不同而有区别。为完全遮拦衍射环并保证到达像面的日冕辐射能量，需确定Lyot光阑合理参数，结合内掩式透射日冕仪，建模分析衍射环的成因,确定Lyot光阑的设计方法及对应参数，通过实验确认衍射环的实际尺寸和Lyot光阑设计参数的正确匹配关系， 且其具有较好的杂光遮拦效果，进而提高了日冕仪设计中杂散光的抑制能力。

以一款外掩式白光日冕仪[其视场为2.5~15 R⊙（太阳半径），分辨率为14 sec/pixel，口径为30 mm，焦距为200 mm]为基础，对日冕仪外掩体以及外掩体支撑杆带来的渐晕问题进行了分析计算，得到日冕仪渐晕表达式。以此式为基础，计算模拟了不同外掩体和物镜间距下的渐晕图。模拟结果显示，外掩体与物镜的距离越远，外掩体以及支撑杆所带来的渐晕越小。用日冕仪原理演示样机实验，验证了理论分析和模拟结果，并在此基础上对目标图像进行了渐晕补偿，成像效果得到明显改善。