利用成像傅里叶变换光谱直接探测与表征系外行星

天基直接成像为在光学与近红外波长探测和光谱表征系外行星提供了前景。积分视场光谱仪（IFS）历来是这些任务概念的基础配置。然而，多项研究揭示，探测器噪声对此类仪器观测极暗弱目标（如类地行星）构成严重障碍。成像傅里叶变换光谱仪（iFTS）通常对探测器噪声较不敏感，并具有若干其他引人注目的特性，如同时成像与光谱、更小的探测器格式需求以及可变光谱分辨率。迄今尚未将其作为此类任务的备选方案进行研究。本工作中，我们利用解析与数值模型比较积分视场光谱仪与成像傅里叶变换光谱仪直接获取类地行星光谱的能力。具体地，我们在一系列探测器与光学系统参数下比较两种架构达到相同信噪比所需曝光时间。我们发现，对于 6 米望远镜，IFS 在光学波长优于 iFTS。在近红外，IFS 与 iFTS 的相对效率取决于仪器设计与探测器噪声。若近红外探测器的读出噪声高于 2-3 e-/pix/frame（t_frame=1000s），相当于最先进探测器噪声的二分之一至三分之一，则 iFTS 将比 IFS 更高效。然而，若读出噪声进一步降至该阈值以下，IFS 的性能将大幅改善并变得更高效。这些结果促使在近红外未来直接成像空间任务中考虑将 iFTS 作为替代方案。