priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-8-680-687pribor-282Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И КОМПЛЕКСЫOPTICAL AND OPTOELECTRONIC DEVICES AND COMPLEXESМетодика габаритного расчета зеркального модуля интегрального поляMethod for Overall Calculation of an Integral-field Mirror ModuleОреховаМ. К.OrekhovaM. K.

Мария Кирилловна Орехова — аспирант;  центр прикладной оптики

 Санкт-Петербург

Maria K. Orekhova — Post-Graduate Student;  The Center of Applied Optics

St. Petersburg

marorekhva@gmail.comБахолдинА. В.BakholdinA. V.

Алексей Валентинович Бахолдин — канд. техн. наук, доцент;  центр прикладной оптики

 Санкт-Петербург

Alexey V. Bakholdin — PhD, Associate Professor; The Center of Applied Optics 

St. Petersburg

bakholdin@itmo.ruУниверситет ИТМОITMO University202302122024668680687Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/282

Разработана методика габаритного расчета зеркального модуля интегрального поля. Предложено схемное решение на основе зеркальных элементов, рассмотрены особенности и предложен подход к проектированию. Представлен пример расчета оптической системы зеркального модуля интегрального поля солнечного телескопа-коронографа КСТ-3. Для достижения поставленной цели использованы методы расчета оптических систем, математического и компьютерного моделирования, а также методы оптимизации оптических систем. Практическая значимость работы заключается в достижении высокого временного разрешения солнечных телескопов при сохранении высокого пространственного и спектрального разрешения. Рассмотренные подходы могут быть расширены для использования при модернизации спектрометров и расширении инструментального парка обсерватории.

A method for overall calculation of an integral-field mirror module is developed. A schematic solution based on mirror elements is described, features are considered, and an approach to design is proposed. An example of calculating the optical system of the mirror module of the integral field of the KST-3 solar telescope-coronagraph is presented. To achieve the goal, methods for calculating optical systems, mathematical and computer modeling, as well as methods for optimizing optical systems are used. The practical significance of the result lies in achieving a high temporal resolution of solar telescopes while maintaining high spatial and spectral resolution. The considered approaches can be extended for use in the modernization of spectrometers and the expansion of the observatory instrumental park.

спектроскопия интегрального полямодуль интегрального поляделение поляделение изображенияширокий спектральный диапазонастрономическая оптикасолнечный телескопintegral field spectroscopyintegral field unitimage slicingimage slicerwide spectral rangeastronomical opticssolar telescopeReferencesBacon R. Optical 3D-Spectroscopy for Astronomy. NY: John Wiley & Sons, 2017. 296 p.Bacon R. Optical 3D-Spectroscopy for Astronomy, NY, John Wiley & Sons, 2017, 296 p.Mediavilla E. et al. 3D Spectroscopy in Astronomy. Cambridge: Cambridge University Press, 2010. 271 p.Mediavilla E. et al. 3D Spectroscopy in Astronomy, Cambridge, Cambridge University Press, 2010, 271 p.Григорьев В. М., Демидов М. Л., Колобов Д. Ю., Пуляев В. А., Скоморовский В. И., Чупраков С. А. Проект национального российского крупного солнечного телескопа с диаметром зеркала 3 м // Солнечно-земная физика. 2020. Т. 6, № 2. С. 19—36. https://doi.org/10.12737/szf-62202002.Grigoryev V.M., Demidov M.L., Kolobov D.Yu., Pulyaev V.A., Skomorovsky V.I., Chuprakov S.A. Solar-Terrestrial Physics, 2020, no. 2(6), pp. 14–29.Жеребцов Г. А. Комплекс гелиофизических инструментов нового поколения // Солнечно-земная физика. 2020. Т. 6, № 2. С. 6—18. https://doi.org/10.12737/szf-62202001.Zherebtsov G.A. Solar-Terrestrial Physics, 2020, no. 2(6), pp. 3–13.Bacon R. et al. Slicing the universe at affordable cost: the quest for the MUSE image slicer // Proc. of SPIE. 2004. Vol. 5249. https://doi.org/10.1117/12.512397.Bacon R. et al. Proceedings of SPIE, 2004, vol. 5249, https://doi.org/10.1117/12.512397.Laurent F. et al. Optical design, manufacturing, and tests of the MUSE image slicer // Proc. of SPIE. 2005. Vol. 5965. https://doi.org/10.1117/12.624836.Laurent F. et al. Proceedings of SPIE, 2005, vol. 5965, https://doi.org/10.1117/12.624836.Laurent F. et al. MUSE Integral Field Unit: Test results on the first out of 24 // Proc. of SPIE. 2010. Vol. 7739. https://doi.org/10.1117/12.857004.Laurent F. et al. Proceedings of SPIE, 2010, vol. 7739, https://doi.org/10.1117/12.857004.Calcines A. et al. MuSICa: the Multi-Slit Image Slicer for the EST Spectrograph // Journal of Astronomical Instrumentation. 2013. Vol. 2, N 1. P. 50009. DOI:10.1142/S2251171713500098.Calcines A. et al. Journal of Astronomical Instrumentation, 2013, no. 1(2), pp. 50009, https://doi.org/10.1142/S2251171713500098.Calcines A. et al. Feasibility study of high-resolution integral-field spectrographs for EST with multislit and multiwavelength capabilities // Proc. of SPIE. 2010. Vol. 7735. https://doi.org/10.1117/12.856725.Calcines A. et al. Proceedings of SPIE, 2010, vol. 7735, https://doi.org/10.1117/12.856725.Calcines A. et al. MuSICa image slicer prototype at 1.5-m GREGOR solar telescope // Proc. of SPIE. 2014. Vol. 9147. https://doi.org/10.1117/12.2053577.Calcines A. et al. Proceedings of SPIE, 2014, vol. 9147, https://doi.org/10.1117/12.2053577.Eikenberry S. et al. FISICA: the Florida image slicer for infrared cosmology and astrophysics // Proc. of SPIE. 2004. Vol. 5492. https://doi.org/10.1117/12.549150.Eikenberry S. et al. Proceedings of SPIE, 2004, vol. 5492, https://doi.org/10.1117/12.549150.Glenn P. et al. Design, fabrication, assembly, and testing of the Florida image slicer for infrared cosmology and astrophysics (FISICA) integral field unit // Proc. of SPIE. 2004. Vol. 5492. https://doi.org/10.1117/12.551661.Glenn P. et al. Proceedings of SPIE, 2004, vol. 5492, https://doi.org/10.1117/12.551661.Content R. Optical design of the KMOS slicer system // Proc. of SPIE. 2006. Vol. 6269. https://doi.org/10.1117/12.672312.Content R. Proceedings of SPIE, 2006, vol. 6269, https://doi.org/10.1117/12.672312.Surya A. et al. The Infrared Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: final design development of the data reduction system // Proc. of SPIE. 2020. Vol. 11452. https://doi.org/10.1117/12.2561766.Surya A. et al. Proceedings of SPIE, 2020, vol. 11452, https://doi.org/10.1117/12.2561766.Kushibiki K. et al. Fabrication of mirror arrays with an ultra-precision cutting technique for a near-infrared integral field unit SWIMS-IFU // Proc. of SPIE. 2020. Vol. 11451. https://doi.org/10.1117/12.2560431.Kushibiki K. et al. Proceedings of SPIE, 2020, vol. 11451, https://doi.org/10.1117/12.2560431.Loupias M. et al. HARMONI - first light spectroscopy for the ELT: final design of the integral field unit // Proc. of SPIE. 2020. Vol. 11451. https://doi.org/10.1117/12.2561374.Loupias M. et al. Proceedings of SPIE, 2020, vol. 11451, https://doi.org/10.1117/12.2561374.Content R. et al. MAVIS IFU with AO for VLT: image slicer concept and design // Proc. of SPIE. 2020. Vol. 11451. https://doi.org/10.1117/12.2562744.Content R. et al. Proceedings of SPIE, 2020, vol. 11451, https://doi.org/10.1117/12.2562744.Chabot T. et al. Fabrication and characterization of aluminum image slicers // Proc. of SPIE. 2020. Vol. 11451. https://doi.org/10.1117/12.2562458.Chabot T. et al. Proceedings of SPIE, 2020, vol. 11451, https://doi.org/10.1117/12.2562458.McGurk R. et al. Development of the ROSIE integral field unit on the Magellan IMACS spectrograph // Proc. of SPIE. 2020. Vol. 11447. https://doi.org/10.1117/12.2562950.McGurk R. et al. Proceedings of SPIE, 2020, vol. 11447, https://doi.org/10.1117/12.2562950.Lawrence J. et al. The MANIFEST pre-concept design // Proc. of SPIE. 2020. Vol. 11447. https://doi.org/10.1117/12.2563238.Lawrence J. et al. Proceedings of SPIE, 2020, vol. 11447, https://doi.org/10.1117/12.2563238.Content R. Optical design of MAAT: an IFU for the GTC OSIRIS spectrograph // Proc. of SPIE. 2020. Vol. 11447. https://doi.org/10.1117/12.2563127.Content R. Proceedings of SPIE, 2020, vol. 11447, https://doi.org/10.1117/12.2563127.Ozaki S. et al. Performances of an integral field unit for FOCAS on the Subaru telescope // Proc. of SPIE. 2020. Vol. 11447. https://doi.org/10.1117/12.2560602.Ozaki S. et al. Proceedings of SPIE, 2020, vol. 11447, https://doi.org/10.1117/12.2560602.Chen S. et al. Gemini IRMOS: preliminary optical design of a multi-object adaptive optics-fed infrared integral-field spectrograph // Proc. of SPIE. 2020. Vol. 11447. https://doi.org/10.1117/12.2561942.Chen S. et al. Proceedings of SPIE, 2020, vol. 11447, https://doi.org/10.1117/12.2561942.Ozer Z. et al. HARMONI: First light spectroscopy for the ELT: final design and assembly plan of the spectrographs // Proc. of SPIE. 2020. Vol. 11447. https://doi.org/10.1117/12.2560359.Ozer Z. et al. Proceedings of SPIE, 2020, vol. 11447, https://doi.org/10.1117/12.2560359.Nelson P. et al. The Visible Spectro-Polarimeter (ViSP) for the Advanced Technology Solar Telescope // Proc. of SPIE. 2010. Vol. 7735. https://doi.org/10.1117/12.857610.Nelson P. et al. Proceedings of SPIE, 2010, vol. 7735, https://doi.org/10.1117/12.857610.Wijn A. et al. Preliminary design of the visible spectro-polarimeter for the Advanced Technology Solar Telescope // Proc. of SPIE. 2012. Vol. 8446. https://doi.org/10.1117/12.926497.Wijn A. et al. Proceedings of SPIE, 2012, vol. 8446, https://doi.org/10.1117/12.926497.Rains A. Development of the single-mode fiber integral field unit for the RHEA Spectrograph // Proc. of SPIE. 2018. Vol. 10702. https://doi.org/10.1117/12.2314336.Rains A. Proceedings of SPIE, 2018, vol. 10702, https://doi.org/10.1117/12.2314336.Jarno A. et al. Developing an instrument simulator: experience feedback from the JWST/NIRSpec and VLT/MUSE simulators // Proc. of SPIE. 2012. Vol. 8449. https://doi.org/10.1117/12.926420.Jarno A. et al. Proceedings of SPIE, 2012, vol. 8449, https://doi.org/10.1117/12.926420.Allington-Smith J. Basic principles of integral field spectroscopy // New Astronomy Reviews. 2006. Vol. 50, N 4—5. P. 244—251. https://doi.org/10.1016/j.newar.2006.02.024.Allington-Smith J. New Astronomy Reviews, 2006, no. 4-5(50), pp. 244–251, https://doi.org/10.1016/j.newar.2006.02.024.Witt E. INFUSE: a rocket-borne FUV integral field spectrograph // Proc. of SPIE. 2020. Vol. 11444. https://doi.org/10.1117/12.2562537.Witt E. Proceedings of SPIE, 2020, vol. 11444, https://doi.org/10.1117/12.2562537.Пейсахсон И. В. Оптика спектральных приборов. Л.: Машиностроение, 1975.Peysakhson I.V. Optika spektral'nykh priborov (Optics of Spectral Instruments), Leningrad, 1975. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.