重大突破

　　近期，中国科学院南京天文光学技术研究所天文光子学团队在虚拟成像相位阵列（Virtually Imaged Phased Array， VIPA）光谱技术方面取得新进展：（1）研究VIPA多模光纤输入下的色散特性，发现VIPA色散能力受输入光纤芯径影响小；（2）面向宽光谱探测，设计并搭建了VIPA光谱装置，并实现了宽光谱数据的高精度处理；（3）面向我国航天部门实际需求，研制出小型化、高分辨、高精度、宽光谱VIPA光谱仪器。 

　　由于受大气湍流影响，地面光谱观测一般需要使用多模光纤作为输入。为了拓展VIPA光谱技术的应用范围，团队研究了VIPA在多模光纤输入下的色散特性，发现其色散能力受光纤芯径影响小（如图1所示）。这一特性使得VIPA相对于光栅在地面高分辨光谱观测中具备优势。该研究成果于5月4日发表在学术期刊The Astronomical Journal上（https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/accc30/meta）。 

　　  

　　图1 VIPA光谱装置分辨率及光效率随输入光纤芯径变化规律 

　　  

　　为获得宽光谱及高分辨率兼得的光谱探测，团队解决了光谱成像系统大视场下的像差补偿问题，完成了宽光谱下的VIPA光谱数据高精度处理技术研究。在此基础上搭建出的VIPA光谱装置光谱分辨率大于50万，光谱探测范围覆盖1013~1125 nm，如图2所示。 

　　  

 

　　图2 团队搭建的VIPA光谱装置在大于50万分辨率的情况下实现112 nm的宽光谱实时探测 

　　  

　　在上述研究基础上，团队面向我国航天部门对高分辨、宽带宽、高精度光谱测量装置的需求，研制出一套VIPA光谱仪成品（如图3所示），其典型参数如下：（1）分辨率60万~87万 (1.2~1.6 pm)；（2）谱宽~110 nm；（3）波长精度<1 pm （实验室环境，温度波动小于1℃）；（4）尺寸35 cm × 35 cm × 15 cm。仪器将于近期完成交付。 

 

         图3 团队自研的小型化、高分辨、宽带宽、高精度VIPA光谱仪 

　　  

　　团队后续将围绕宽光谱、高分辨、高精度、多目标VIPA光谱技术开展进一步研究工作，同时推进VIPA及VIPA光谱仪的国产化进程，并积极拓展VIPA光谱技术在天文高分辨光谱观测、空间光谱探测、激光光谱测量、拉曼/布里渊散射光谱探测等方面的应用进程。 

　　上述研究受到国家自然科学基金面上项目（资助号：11773045, 11973009）及重点项目（资助号：11933005）资助，也得到中国科学院人才项目支持。