集成光子光谱仪在天文学中的应用

为极大望远镜制造仪器的问题之一是其尺寸（从而成本）随望远镜口径快速缩放。为了打破这种关系，人们提出了替代性新技术，例如使用集成光子光谱仪（IPS）。由于其衍射受限的特性，IPS据称可以克服传统仪器所面临的严酷缩放定律。与光子学应用不同，天文学设备通常不在衍射极限下使用。因此，为了保持吞吐量和空间信息，IPS需要光子灯笼（PL）将输入的多模光分解为单模。然后将其馈入多个阵列波导光栅（AWG）或传统光谱仪。我们研究了使用IPS替代传统单片光学器件在各种能力上的潜在优势，这些能力由现有仪器和计划用于极大望远镜的其他仪器所代表。我们表明，完整的IPS仪器等效于图像切片器。然而，将输入光分解为单个模式的要求在许多情况下导致了组件和探测器像素数量的冗余，这抵消了光子组件小尺寸的优势。尽管如此，存在一些特定应用，其中IPS具有潜在优势，我们对此进行了描述。此外，IPS方法具有最小化或消除体光学元件的潜在优势。我们表明，由PL提供多个单模输入的AWG需要相对庞大的辅助光学器件和二维探测器阵列。一个更有吸引力的选择是组合多个AWG的输出，以便可以使用一维探测器，从而大大减少所需的探测器像素数量，并有效适应弯曲的输出焦面。