文章來(lái)源：Conceptual Design Phase Stray Light Analysis of the MOBIE Imaging Spectrograph for TMT
簡介
三十米望遠鏡（Thirty Meter Telescope, TMT）是由美國加州大(dà)學、加州理(lǐ)工學院、加拿(ná)大(dà)大(dà)學天文研究聯盟、日本國立天文台、中國國家(jiā)天文台以及印度科技(jì)部聯合參與的21 世紀地基巨型光學－紅外天文觀測設備。TMT的30米口徑的集光面積是當前主流10米級大(dà)望遠鏡的十倍，空(kōng)間(jiān)分辨率則比哈勃空(kōng)間(jiān)望遠鏡（HST）提高(gāo)一個(gè)量級，它将把望遠鏡靈敏度和(hé)空(kōng)間(jiān)分辨率等技(jì)術(shù)指标提高(gāo)到前所未有(yǒu)的程度，其強大(dà)的洞察宇宙的能力必将引發天文學研究的飛躍發展，更清楚地揭示宇宙起源及其物質組成、暗物質和(hé)暗能量的本質、地外生(shēng)命與文明(míng)的存在等最重要的自然科學圖景。本文以MOBIE為(wèi)背景，使用FRED軟件對其雜散光部分進行(xíng)了預評估。
緒論
寬視(shì)場(chǎng)光學光譜儀(MOBIE)是視(shì)覺受限的光學光譜儀，它是為(wèi)第一代Thirty Meter
Telescope (TMT)儀器(qì)而設計(jì)的。目前MOBIE儀器(qì)處于概念設計(jì)階段。本文記錄了成像模塊配置中雜散光分析的進展。在項目的這一階段雜散光分析的目标是提供預期的雜散光背景的基線評估。為(wèi)此，我們完成了四個(gè)量的雜散光計(jì)算(suàn)：
關鍵物體(tǐ)的識别
預估雜散光背景
離軸抑制(zhì)特性
鬼像的形成
分析基于一個(gè)完整的系統模型（盡管簡化過）的端到端光線追迹，包括帽型圓頂、望遠鏡光學器(qì)件、支撐結構、MOBIE儀器(qì)光學器(qì)件和(hé)外殼。
圖1 完整的TMT-MOBIE雜散光分析模型
TMT-MOBIE幾何模型
端到端系統模型如圖2所示（隐藏了圓頂壁）。MOBIE儀器(qì)的成像模塊配置如圖3所示。一對大(dà)氣色散校(xiào)正（ADC）棱鏡剛好位于視(shì)場(chǎng)光闌孔徑的前面。視(shì)場(chǎng)光闌是一個(gè)彎曲的掩膜，與TMT焦面的曲率相匹配，且傳輸5.4±2.1弧分×±4.8弧分的矩形視(shì)場(chǎng)。視(shì)場(chǎng)光闌是儀器(qì)內(nèi)部主要的雜散光控制(zhì)機構。反射瞄準儀（MC-1）沿着視(shì)場(chǎng)光闌。二色分束鏡透射和(hé)反射光線到紅色和(hé)藍(lán)色鏡頭部件中。随後折疊到折射式照相機裝置中。
圖2 圓頂內(nèi)部
簡化的模型隻包含可(kě)能被MOBIE儀器(qì)看到的元件
圖3 MOBIE儀器(qì)模型
表面屬性指定
反射鏡表面具有(yǒu)一層鋁塗層，平均反射率在90%。透鏡表面具有(yǒu)一個(gè)理(lǐ)想的抗反射塗層，在每個(gè)面上(shàng)反射1%的入射通(tōng)量。光學表面被分配了兩個(gè)散射函數(shù)。Harvey2 BSDF模拟了由RMS微粗糙3導緻的散射。米散射模型使用一個(gè)IEST-STD-1246D顆粒尺寸分布函數(shù)來(lái)模拟由微粒污染4,5導緻的散射。非光學表面的處理(lǐ)從黑(hēi)漆到光滑的白色而有(yǒu)所不同。
分析結果
關鍵/照明(míng)物分析表明(míng)從視(shì)場(chǎng)外部進來(lái)的光線沒有(yǒu)直接的路徑到達攝像頭。攝像頭捕捉到在M2和(hé)M3附近的望遠鏡支撐結構、立面軸承和(hé)圓頂底闆。所有(yǒu)這些(xiē)物體(tǐ)由外部光源照明(míng)，光線從圓頂的頂部或者排列在圓頂壁的通(tōng)風口進入。
黑(hēi)色圓頂內(nèi)部，到達藍(lán)色攝像頭探測器(qì)平面的雜散光占整個(gè)光通(tōng)量的4%。藍(lán)色攝像頭捕捉到來(lái)自二色分束鏡的強烈的紅色鬼像反射。忽略這一貢獻，背景減小(xiǎo)為(wèi)3.2%。散射光背景占2.8%。對于紅色攝像頭，在相同的條件下，到達探測器(qì)平面的雜散光占據整個(gè)光通(tōng)量的3.7%。散射光背景是總的光通(tōng)量的3.3%。大(dà)部分貢獻來(lái)自于觀察的傳感器(qì)視(shì)場(chǎng)內(nèi)的光源。白色圓頂內(nèi)部在兩個(gè)成像路徑上(shàng)增加了0.3%到散射光背景中。
圖4 PST分析結果（藍(lán)色-上(shàng)；紅色-下）
圖4分别顯示藍(lán)色和(hé)紅色攝像頭PST曲線的對數(shù)間(jiān)隔圖。PST分析提供了一種方法來(lái)量化望遠鏡和(hé)儀器(qì)的視(shì)場(chǎng)之外的抑制(zhì)特性。圖上(shàng)的注解表明(míng)在顯示的角度範圍內(nèi)對雜散光背景最顯著的貢獻者。需要注意的最重要的特征是，儀器(qì)視(shì)場(chǎng)外沒有(yǒu)直接鏡像路徑到達攝像頭，對于儀器(qì)視(shì)場(chǎng)外部的物體(tǐ)來(lái)說，來(lái)自望遠鏡光學器(qì)件和(hé)圓頂的散射占據了幾乎所有(yǒu)的雜散光背景。
圖5顯示了來(lái)自位于視(shì)場(chǎng)內(nèi)部光源方向的攝像頭傳感器(qì)平面的對數(shù)間(jiān)隔鬼像輻照度圖。ADC棱鏡在主圖的上(shàng)部和(hé)下部産生(shēng)了圖像僞影(yǐng)。藍(lán)色攝像頭從二色分束鏡捕捉了一個(gè)強烈的紅色反射，覆蓋到了直接成像上(shàng)去。
圖5 鬼像輻照度（藍(lán)色-上(shàng)；紅色-下）
總結
TMT/MOBIE儀器(qì)成像模型配置的一個(gè)初步雜散光分析已經完成。包括圓頂、望遠鏡和(hé)儀器(qì)的核心部件的複雜光機模型已經構建。分析表明(míng)，雜散光背景由光學表面貢獻主導，特别是來(lái)自于儀器(qì)視(shì)場(chǎng)內(nèi)的光源。圓頂內(nèi)部結構對雜散光背景的貢獻在一個(gè)相對比較低(dī)的水(shuǐ)平。
光譜操作(zuò)模型類似地雜散光分析也已經着手開(kāi)始。
緻謝
作(zuò)者非常感謝TMT合作(zuò)機構支持，它們是加拿(ná)大(dà)大(dà)學天文研究協會(huì)（ACURA）、加利福尼亞技(jì)術(shù)研究所和(hé)加州大(dà)學。本項工作(zuò)也受到Gordon和(hé)Betty Moore基金會(huì)、加拿(ná)大(dà)創新基金會(huì)、Ontario研究和(hé)創新部門(mén)、加拿(ná)大(dà)國家(jiā)研究委員會(huì)、加拿(ná)大(dà)自然科學和(hé)工程研究理(lǐ)事會(huì)、英國哥(gē)倫比亞知識發展基金會(huì)，大(dà)學天文研究協會(huì)（AURA）和(hé)美國國家(jiā)科學基金會(huì)的支持。
參考文獻
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