Modal Noise Mitigation through Fiber Agitation for Fiber-fed Radial Velocity Spectrographs
光纤模式噪声是近红外和可见光高精度光谱信噪比的限制因素。特别是在使用高度相干光源进行波长校准时，模态噪声会引起径向速度（RV）误差，从而阻碍低质量（可能类似地球）行星的发现。该领域的先前研究已经发现，通过使用积分球可以充分减轻模态噪声，但这需要非常明亮的光源，下一代高分辨率光谱仪不一定能提供这种奢侈品。否则，机械搅拌，“混合”纤维的模态模式，并允许噪声在几分钟长的曝光中平均，提供了一些降噪，但信噪比和RV漂移改善背后的确切机制尚未被社区充分探索或优化。因此，我们已经填写了模态噪声搅拌技术的参数空间，以更好地理解搅拌的贡献，减轻模态噪声，并发现一个更好的方法搅拌纤维。我们发现，模式噪声是最好的抑制的准混沌运动的两个高振幅的搅拌器振荡与不同的相位与大芯直径和低方位角对称性的光纤。这项工作随后影响了一个纤维搅拌器的设计，安装与EXTREME PRECISE光谱仪，我们估计将减少模态噪声引起的RV误差小于3.2厘米/秒。
2018-02-05 astro-ph.IM physics.ins-det
Few-mode fibers and AO-assisted high resolution spectroscopy: coupling efficiency and modal noise mitigation
NIRPS（近红外-红色行星搜索器）是一种AO辅助和光纤馈电的光谱仪，用于高精度径向速度测量，将在YJH波段工作。虽然在这种仪器中使用AO系统通常被认为是馈送单模光纤，但NIRPS通过使用小型多模光纤（更具体地称为“少模光纤”）遵循不同的路径。这种选择提供了一个很好的权衡，允许设计一个紧凑的低温摄谱仪，同时保持高耦合效率在恶劣的视宁度条件下和微弱的恒星。主要缺点在于更重要的模态噪声，这是允许1 m/s精度径向速度测量必须解决的问题。我们研究了使用AO系统将光耦合到少模光纤中的影响。我们主要讨论两个方面：少模光纤的耦合效率和模式噪声和扰频问题。我们首先表明，NIRPS可以达到耦合>= 50%高达幅度I= 1 - 2，并提供1-2个幅度的增益超过单模解决方案。我们最后表明，最好的策略，以减轻模式噪声与AO系统是最简单的：连续的倾斜倾斜扫描的光纤芯。
2017-11-02 astro-ph.IM
Fiber modal noise mitigation by a rotating double scrambler
光纤模态噪声是高分辨率光谱学中的性能限制因素，无论是在实现高信噪比方面，还是在利用多模光纤馈电高分辨率光谱仪进行高精度径向速度测量时。传统上，通过搅动或“摇动”光纤来降低模态噪声。这样，在光纤中传播的光在许多不同的模式上重新分布。然而，在光纤仅具有有限数量的模式的情况下，例如在近红外波长处或在自适应光学辅助系统中，该方法变得非常低效。所需的强烈搅动会对光纤施加应力，并可能导致焦比下降，或者更糟，损坏光纤。作为一种替代方法，我们建议使用一个经典的光学双扰频器，一个设备，已经实现了许多高精度的径向速度光谱仪，以减轻模式噪声的影响，通过旋转扰频器的第一个光纤端在每次曝光。由于扰频器的第二光纤的旋转照明图案，被激发的模式连续变化。这导致在光纤出口处非常有效地平均模式图案，并大大降低模式噪声。在这方面的贡献，我们提出了一个原型设计和初步的实验室结果的旋转双扰频器。
2020-12-15 astro-ph.IM physics.optics
Modal noise in few-mode fibers
NIRPS（近红外-红色行星搜索器）是一种用于YJH波段高精度径向速度测量的声光辅助光纤光谱仪。NIRPS还具有作为SCAO辅助仪器的特异性，首次使用少模光纤。这种选择提供了一个很好的权衡，允许设计一个紧凑的低温摄谱仪，同时保持高耦合效率在恶劣的视宁度条件下和微弱的恒星。主要缺点在于更重要的模态噪声，这是允许1 m/s精度径向速度测量必须解决的问题。在本文中，我们提出了一个半经验的工作，允许验证加扰设备和策略，以减轻模态噪声的结果。它首先基于对最终纤维的一整套实验室测量。其次，这种测量被注入到摄谱仪设计中，以特别研究光栅和光学照明对导出的RV的影响。
2022-07-28 astro-ph.IM
An Atmospheric Dispersion Corrector Design with Milliarcsecond-Level Precision from 1 to 4 microns for High Dispersion Coronagraphy
差分大气折射（DAR）限制了可以耦合到单模光纤中的光量，并为任何光纤跟踪系统提供了额外的复杂性。我们提出了一种基于两个反向旋转棱镜的大气色散校正器（ADC）设计，以满足凯克行星成像仪和表征仪（KPIC）从1.1到4.2微米的系外行星光谱学的需求。由于强烈的大地效应，我们发现，默认的Zemax处方DAR之间的2和4.2微米是不准确的高达15个mas时，与DAR模型计算的第一原则。使用第一原理模型，我们开发了自己的定制ADC优化解决方案，并在任何单个科学波段（J，K，L）中实现了小于4质量的残余色散，直到60度天顶距，同时在整个时间内保持跟踪波段（H）中的残余色散小于3质量，跟踪波段和科学波段之间的残余色散小于2质量。
2020-12-10 astro-ph.IM
Polish device for FOCCoS/PFS slit system
光纤电缆和连接器系统（FOCCoS）用于主焦点摄谱仪（PFS），负责将光线从斯巴鲁望远镜焦平面传输到一组四台摄谱仪。每个摄谱仪将由一个凸形弯曲狭缝与616光纤组织在一个线性排列。狭缝正面覆盖着一种特殊的深色复合材料，由难熔氧化物制成，在抛光过程中能够用最少量的磨料维持其性能;这种稳定性是通过分离难熔氧化物纳米颗粒获得的，然后轻轻地加强抛光过程并提高其效率。在高性能抛光后在几个样品中测量的表面粗糙度为约0.01微米。此外，获得具有这种质量的抛光表面的时间比抛光相同尺寸的黄铜、玻璃或陶瓷表面所需的时间少约10倍。在本文中，我们描述了高质量的抛光这种类型的狭缝开发的程序。这里所描述的圆柱形抛光使用圆柱形凹金属基底，玻璃纸基于该圆柱形凹金属基底。抛光过程包括使用30微米、12微米、9微米、5微米、3微米、1微米的网格序列，最后是化学布上的胶体二氧化硅。为了获得最大的吞吐量，光纤的表面应该以这样的方式抛光，即它们是光学平坦的并且没有划痕。光纤在抛光过程的所有阶段都用显微镜进行检查，以确保高质量。通过使用圆柱形凹形复合基底作为适合于金刚石液体溶液的基底，可以提高该过程的效率。尽管这个过程完全是手工完成的，但最终的结果显示出非常高的质量。
2014-08-12 astro-ph.IM physics.ins-det
Crank-rocker optical fiber mode scrambler prototype for the GMT-Consortium Large Earth Finder (G-CLEF)
本文针对精密视向速度光谱仪中的模式噪声问题，设计并测试了一种基于曲柄摇杆机构的光纤模式扰频器原型，通过自建测试装置和 alpha shapes 软件量化噪声，验证了其对 G-CLEF 的适用性。
2025-09-22 astro-ph.IM
Mitigating Modal Noise in Multimode Circular Fibres by Optical Agitation using a Galvanometer
针对多模光纤中模态噪声限制径向速度精确测量的问题，提出利用振镜光学扰动抑制模态噪声的新技术，在四种光纤上测试，其中GI50t以约5%光损失实现约60%噪声抑制，方案易用且可应用于光纤馈送光谱仪。
2023-12-28 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Development of a New, Precise Near-infrared Doppler Wavelength Reference: A Fiber Fabry-Perot Interferometer
我们目前正在开发一种市售的Micron Optics光纤法布里-珀罗干涉仪，作为一种精确、稳定、易于使用和经济的光谱仪参考，其目标是实现<1 m/s的长期稳定性。光纤法布里-珀罗干涉仪（FFP）通过组合穿过不同延迟路径的光来产生干涉图样。干涉产生了丰富的窄发射线光谱，非常适合用作精确的多普勒参考。这种全光子参考可以很容易地安装在现有的近红外光谱仪中，将高分辨率光纤光谱仪变成精确的多普勒速度计。还介绍了斯隆数字巡天III（SDSS-III）阿帕奇点天文台星系演化实验（APOGEE）摄谱仪的首次观测结果和主要支持仪器的几次测试。这些仪器包括SuperK Photonics光纤超连续激光源和精确的温度控制器。还介绍了用NIST的2-m傅里叶变换光谱仪（FTS）获得的高分辨率光谱。我们发现我们目前的温度控制精度的FFP为0.15 mK，对应于35厘米/秒的理论速度稳定性，由于温度变化的干涉仪腔。
2012-09-13 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Planetary Systems Imager: 2-5 Micron Channel
我们总结了行星系统成像仪（PSI）的红色通道（2-5微米），这是TMT的第二代仪器。寒冷的系外行星发出的大部分光都是热红外线，这意味着这些系外行星可以在比其他波长更温和的对比度下被探测到。PSI-Red将能够探测和表征各种系外行星，包括宽轨道上的径向速度行星，附近恒星形成区域的吸积原行星，以及最近恒星周围的反射光行星。PSI-Red将配备一台成像仪、一台低分辨率小透镜积分场摄谱仪、一台中分辨率小透镜+切片器积分场摄谱仪和一台光纤馈电高分辨率摄谱仪。
2018-08-09 astro-ph.IM
Ultra-precise Multi-fiber Optical Connectors for Astronomy
Institute of Physics, Laboratory of Astrophysics, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所天体物理学实验室）
针对天文仪器对光纤连接低损耗和高稳定性的需求，采用飞秒激光3D打印技术制造亚微米公差的多芯光纤连接器，初步测试显示三芯同时连接损耗低至0.95%。
2026-06-18 astro-ph.IM
Slit device for FOCCoS, PFS, Subaru
光纤电缆和连接器系统FOCCoS是斯巴鲁望远镜主焦点摄谱仪PFS的子系统，负责用一组光纤电缆为四台摄谱仪供电。每个摄谱仪的光注入由一个凸形弯曲狭缝和616根光纤的线性阵列来保证。在本文中，我们提出了一个狭缝的设计，确保正确的方向的纤维通过使用掩模的微孔。这种掩模是由一种称为电铸的技术制成的，该技术能够生产出具有线性序列孔的镍板。其精度误差在直径1微米左右，孔的位置在1微米左右。该镍板可以以50至200微米之间的厚度生产，因此其可以是非常柔性的。这种柔性允许掩模弯曲成弯曲狭缝所需的形状。这个概念需要两个掩模，我们称之为前掩模和后掩模，由定义狭缝厚度的间隙分开。孔的节距和直径限定狭缝的线性几何形状;每个掩模的曲率限定狭缝的角几何形状。显然，这个组件必须安装在一个足够坚固的结构内，以支撑在光谱仪内。该结构必须具有优化的CTE，以避免当装置经受约3摄氏度的温度（光谱仪的操作温度）时光纤的位移或光纤的FRD增加。我们生产了两种型号。两者都安装在一个非常紧凑的殷钢案件，都有他们的前表面覆盖着一个黑暗的复合材料，以减少杂散光。此外，我们进行了两种不同的内部结构的实验，以尽量减少温度梯度造成的影响。
2014-08-12 astro-ph.IM
'MOHAWK' : a 4000-fiber positioner for DESpec
我们提出了一个概念，4000纤维定位器DESpec的基础上，Echidna '倾斜脊柱'技术。DESpec焦平面为450 mm宽和弯曲，所需的间距为~ 6.75 mm。尺寸、纤维数量和曲率都与AAO已经进行的类似仪器的各种概念研究相当，但组合起来提出了新的挑战。一个简单的，低成本的，高度模块化的设计，由相同的模块填充相同的脊柱。在适应曲率或较小间距方面没有发现任何问题，并且致动器主要由现成的部件组成。该致动器已在AAO原型，并允许重新配置时间约15秒，达到7微米或更小的位置误差。还提出了测量，采集和引导的简单设计。整个定位器系统的吞吐量损失估计约为15%，其中6.3%归因于倾斜脊柱技术。
2012-07-31 astro-ph.IM
Semi-automated single-mode fiber coupling for AO-fed spectrographs
University of Notre Dame（圣母大学）；Penn High School（彭恩高中）
本文为衍射极限径向速度光谱仪开发半自动单模光纤耦合控制程序，模拟显示可将星-光纤间距从3.9降至0.11模场直径，耦合指标从零提升至0.6-0.8，并适用于紧密双星。
2026-09-18 astro-ph.IM
Light scrambling and focal ratio degradation of thin multimode fibers with different core geometries
该研究针对50微米纤芯的不同几何形状细多模光纤，探究其光扰模与焦比退化特性，发现八角形纤芯光纤近远场扰模效果更优且焦比退化效应更小，可为天文光谱仪光纤选型提供参考。
2024-08-15 astro-ph.IM physics.optics
Precision near-infrared radial velocity instrumentation II: Non-Circular Core Fiber Scrambler
我们已经建立并委托了一个原型搅拌非圆芯光纤扰频器在近红外H波段的精密光谱径向速度测量。我们已经收集了第一个在天空中的性能和模态噪声测试，这些新的光纤在近红外在H和K波段使用CSHELL光谱仪在美国宇航局的红望远镜设施（IRTF）。我们讨论背后的设计，我们的新的反向注入的红色激光器的共同对准的星光与光纤尖端通过角隅棱镜和可见光摄像机。我们总结了光纤扰频器的建设中所涉及的实际细节，和在望远镜的光纤的机械搅拌。我们提出的径向速度测量的一个明亮的标准星采取和没有光纤扰频器量化的相对改善可获得的闪耀函数的稳定性，线扩展函数的稳定性，以及由此产生的径向速度精度。我们评估了将这种照明稳定技术应用于下一代近红外光谱仪的可行性，如IRTF上的iSHELL和凯克的升级后的NIRSPEC。我们的研究结果也可以应用于较小芯径光纤的可见光，其中光纤模态噪声是一个重要因素，例如在自适应光学系统后面或在小型< 1米级望远镜上，例如MINERVA和LCOGT合作正在追求的。
2013-09-11 astro-ph.IM astro-ph.SR
