62、天文仪器与探测器：原理、技术与应用

天文仪器与探测器：原理、技术与应用

1. 积分场光谱仪（IFS）

1.1 基本原理与特点

积分场光谱仪（IFS）能够对矩形或其他二维视场进行采样，并为每个空间位置生成光谱。它通过重新格式化焦平面，使传统色散光谱仪能同时分散视场的相邻区域，且不会在探测器上重叠。这些来自不同区域的光谱随后可重新组合成一个涵盖两个空间维度和一个波长维度的数据立方体。

由于实际探测器的像素总数有限，且每个空间位置的光谱需要数百或数千个像素，因此IFS的视场通常比传统相机小很多。然而，相邻且同时获取的光谱在许多情况下具有强大的科学优势：
- 减少测量误差 ：在单次曝光中测量高红移星系或木星卫星等不同天体的谱线比时，可最大程度减少经典光谱仪的狭缝损失、变化的视宁度条件以及自适应光学对点扩散函数的影响。
- 适用于拥挤视场 ：在像银河系中心这样拥挤的区域，IFS能重建整个视场，避免指向误差，还可在数据立方体上使用合成孔径，类似于对单个图像进行孔径测光。
- 记录大气发射线 ：视场的一部分通常包含空白天空区域，因此能同时记录大气发射线和科学光子。
- 低波前误差 ：某些设计可实现极低的波前误差，这对高分辨率应用至关重要。例如，凯克天文台的OSIRIS仪器在整个视场上测量的波前误差低于25 nm。
- 减少色差误差 ：在高对比度应用中，如双子座行星成像仪和Lyot项目，带有微透镜阵列的IFS可显著减少非共光路色差误差，因为散斑图案在微透镜阵列处记录，此时光束路径中基本没有折