70、天文光谱仪：原理、设计与应用

天文光谱仪：原理、设计与应用

1. 天文光谱仪基础

天文光谱仪在天文学研究中扮演着至关重要的角色，它能够对天体发出的光进行分析，揭示天体的物理性质和化学成分。其中，光栅光谱仪是常见的一种类型。在特定波长分辨率下，光栅及光栅光谱仪的某些参数可以通过相应的因子进行缩减，这在低温仪器中尤为有利。

2. 阶梯光栅

阶梯光栅是一种粗反射光栅，通常工作在非常高的衍射级次，典型值接近 100。当在利特罗条件附近工作时，阶梯光栅的整个表面相对于入射和衍射光束会倾斜一个极大的角度，通常高达 60 - 80°。这个角度的正切值被称为光栅的 R 因子（即闪耀角的正切值，tan δ）。例如，一个 R2 光栅（tan δ = 2），为了与圆形光束中的所有光线相交，其长度大约必须是宽度的两倍。在利特罗条件下工作的光栅，其角色散与 R 因子成正比，因此使用这种大倾斜角度的光栅是实现高光谱分辨率的一种方法。

所有色散元件都有一个普遍特性，即圆形光束在通过系统时，从光束的一侧到另一侧，光程长度会发生很大变化。这就要求入射到棱镜或光栅上的光必须被精确准直；如果光不是完全平行的，那么光束的一侧会比另一侧传播得更远，从而导致更严重的离焦。这样，色散元件会有效地将准直器的任何聚焦误差转化为最终图像中的彗差，而这无法通过光谱仪相机的简单聚焦偏移来补偿。

3. 相机

3.1 折反射相机

折反射相机（如施密特相机）的大部分光焦度来自反射面，因此具有容易消色差的优点，即使在紫外波段和非常快的焦比下也能实现。然而，设计视场大于约 15°的折反射相机很困难，主要限制在于探测器必须是平的。这促使一些研究小组研究制造具有明显曲率的探测器阵列的可行