71、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 交叉色散光谱仪特性

在交叉色散仪器中，狭缝长度与能适配探测器或相机视场的光谱级次数量相互制约，这就导致了狭缝长度与波长覆盖范围或分辨率之间的权衡。较长的狭缝需要更强的交叉色散，当使用光栅而非棱镜时，可能会降低效率。所以，通常只需提供特定观测所需的狭缝长度即可。

阶梯和小阶梯光谱仪一般为单目标仪器，它们能轻松结合二向色镜来分光，可在狭缝前后进行操作。像 UVES（白瞳）和 MIKE（双程）光谱仪就采用二向色镜分束器，将光分别导向针对蓝色和红色波长优化的光谱仪。VLT 上的 X - 射手光谱仪则使用一对二向色镜，把光导向三个分别针对蓝色、红色和红外波段的光谱仪。

过去 15 年里，出现了一类专为精确径向速度（PRV）测量优化的阶梯光谱仪，用于探测和表征系外行星。这些 PRV 光谱仪需要高分辨率、高精度的波长校准和稳定性。通过碘吸收池进行观测已被证明能利用现有光谱仪（如凯克的 HiRES）或特制光谱仪（如麦哲伦的 PFS）产生有用的 PRV 结果，但使用碘吸收池会导致效率损失，且仅限于碘吸收波段（500 - 620 nm）。

ESO 3.6 米望远镜上的 HARPS 光谱仪表明，无需碘吸收池也能制造出具有足够机械和光学稳定性的光谱仪，以实现出色的径向速度精度。获得高稳定性的重要技术考量包括温度控制、对整个光学系统或至少色散元件进行真空隔离，以及稳定且均匀照明的狭缝和光瞳。使用光纤馈源是获得高度稳定和均匀照明的最有效方法，它可作为图像 scrambler，依靠光纤自身特性或结合明确的 scrambler 光学元件。最近，八角形和六边形光纤芯成为一种极为方便的方式，能比圆柱形光纤芯获得更均匀的照明，且无需特殊光学元件。光纤馈源可轻松适配