69、长波红外探测器与天文光谱仪技术解析

长波红外探测器与天文光谱仪技术解析

长波红外探测器的发展

长波红外探测器技术在过去 40 年取得了显著进展。MKID 阵列是探测器研究的活跃领域，已经为地面望远镜开发了许多相机，例如加州理工学院亚毫米波望远镜（CSO）、阿塔卡马探路者实验望远镜（APEX）和毫米波射电天文研究所望远镜（IRAM）。

在阵列格式方面，长波红外探测器技术呈现出持续的指数级增长。近红外已实现 1600 万像素的阵列，远红外也达到了 10⁴ 像素的阵列。同时，灵敏度也有了近八个数量级的提升。这种探测器性能的显著提升，为天文学的各个领域带来了全新的见解。

天文光谱仪的概述

光谱仪的设计挑战与类型

尽管光学和近红外光谱仪的基本组件在过去 50 年没有显著变化，但随着望远镜口径的增大和光谱仪性能目标的提高，光谱仪的设计和制造变得更具挑战性。目前使用的光谱仪主要分为三类：
1. 中高分辨率交叉色散光谱仪（阶梯光栅和小阶梯光栅光谱仪） ：几乎都是单目标光谱仪，交叉色散使光谱仪焦平面能填充多个光谱级次而非多个目标。
2. 低到中分辨率光谱仪 ：在过去 20 年，低中分辨率的观测项目侧重于多路复用进行高效巡天，大型望远镜在这些分辨率下的主力光谱仪现在是宽视场成像光谱仪。
3. 近红外光谱仪 ：与光学光谱仪有相同的光学设计原则，但需要特殊考虑以避免高热背景的影响。

光谱仪设计的关键概念

一个标准的单目标、低分辨率天文光谱仪包含五个基本组件：
1. 狭缝或光纤 <