天文光谱仪用多模光纤中模态噪声的实验表征

从我们在 GIANO-TNG 光谱仪上令人困惑的实测经验出发,我们在实验室搭建了一台红外高分辨率光谱仪,并用该仪器表征了不同类型(圆形与八边形)和尺寸光纤中产生的模态噪声。我们的实验包含两种常规的光纤扰模系统:机械搅动器和光学双扰模器。我们发现模态噪声的强度主要取决于光纤的照明方式。当光纤在近场或远场欠照明时,噪声急剧增加。圆形与八边形光纤中的模态噪声相似。噪声的傅里叶谱随频率指数衰减;即模态噪声并非白噪声,而是偏好宽光谱特征。使用光学双扰模器对模态噪声无影响。机械搅动器的效果因光纤类型和输入照明而异:在某些情况下几乎无效;在另一些情况下可缓解模态噪声,但使噪声谱在傅里叶空间中变平;即机械搅动器优先滤除宽光谱特征。我们的结果表明,模态噪声对八边形光纤和光学双扰模器的使用令人沮丧地不敏感,而这些正是用于改善由非均匀照明光纤馈入的光谱仪性能的传统系统。光纤搅动在某些情况下可能有帮助,但其效果须逐例验证。更一般地,我们的结果表明,馈入光谱仪的光纤链路设计应与尽可能再现望远镜预期条件的实验室测量相结合。