TMT天体测量误差预算到IRIS设计的流程

The InfraRed Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: photometric characterization of anisoplanatic PSFs and testing of PSF-Reconstruction via AIROPA

The InfraRed Imaging Spectrograph (IRIS) is a first-light instrument for the Thirty Meter Telescope (TMT) that will be used to sample the corrected adaptive optics field by the Narrow-Field Infrared Adaptive Optics System (NFIRAOS) with a near-infrared (0.8 - 2.4 $μ$m) imaging camera and integral field spectrograph. To better understand IRIS science specifications we use the IRIS data simulator to characterize relative photometric precision and accuracy across the IRIS imaging camera 34"x34" field of view. Because the Point Spread Function (PSF) varies due to the effects of anisoplanatism, we …

用于TMT的红外成像光谱仪（IRIS）：科学案例

The infrared imaging spectrograph (IRIS) for TMT: the science case

红外成像光谱仪（IRIS）是为30米望远镜（TMT）设计的第一台光仪器。IRIS是一个成像仪的组合，它将覆盖TMT衍射极限（4质量采样）的16.4”视场，以及一个积分场单元光谱仪，它将以4-50质量尺度对物体进行采样。IRIS将开辟观测参数空间的新领域，使天文学的各个领域取得重大进展。我们提出的科学案例和IRIS的性能要求。最终，摄谱仪将能够对高红移星系的运动学和内部化学丰度进行非常清晰和灵敏的研究，从而揭示早期星系演化的许多场景。凭借前所未有的系外行星成像和光谱学，IRIS将允许对一系列当前技术无法访问的行星系统进行详细探索。通过揭示附近星系中已分辨的恒星星族的细节，它将直接探测像我们银河系这样的系统的形成。因为它将有可能直接表征恒星初始质量函数在许多环境中，并在银河系以外的星系，IRIS将能够更好地了解恒星是否在不同的条件下形成不同。IRIS将揭示低质量星系中心的详细运动学，允许测试黑洞形成的场景。最后，它将彻底改变再电离和宇宙中形成的第一个星系的特征。

用于TMT的红外成像光谱仪（IRIS）：仪器概述

The Infrared Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: Instrument Overview

IRIS是一种近红外（0.84至2.4微米）积分场摄谱仪和宽视场成像仪，正在开发用于30米（TMT）的第一束光。它安装在先进光学（AO）系统NFIRAOS上，并集成了仪器上的波前传感器（OIWFS），以实现波长超过1微米时的衍射极限空间分辨率。IRIS具有中等的光谱分辨率（R ~ 4，000 - 8，000）和连续视场的大带通，将在天体物理科学的几乎每个领域开辟新的机会。它将能够解析泰坦数十公里的表面特征，同时也能以单个恒星形成区域的规模绘制遥远的星系。本文总结了整个设计和能力，并包括从接近完成的初步设计阶段的结果。

用于TMT的InfraRed成像光谱仪（IRIS）：光度精度和重影分析

The InfraRed Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: photometric precision and ghost analysis

红外成像光谱仪（IRIS）是30米望远镜（TMT）的第一个光仪器，将用于NFIRAOS校正自适应光学场的采样，带有近红外（0.8 - 2.4 $μ$ m）成像相机和积分场光谱仪（IFS）。为了了解IRIS仪器的科学案例规格，我们使用IRIS数据模拟器来表征IRIS成像仪的测光精度和准确度。我们提出的潜在的重影的IRIS光学设计的影响的调查结果。IRIS成像仪视场中的每个光源都会在探测器上产生来自IRIS楔形滤波器、入射窗和大气色散校正器（ADC）棱镜的鬼像。我们将这些鬼到IRIS模拟器模拟一个适当的大小点源在一个指定的像素距离，并为扩展的鬼重新分配通量均匀的情况下，IRIS的光学设计指定的区域。我们模拟鬼影的测光能力的影响，并发现，鬼一般贡献的通量计数的点源的影响可以忽略不计，除了极端情况下，鬼coalign与恒星的$Δ$ m $>$ 2比鬼源微弱。最后，探讨了IRIS成像仪在单光源和密集视场测光时的测光精度和准确度。

用于TMT的红外成像光谱仪（IRIS）：光谱仪设计

The infrared imaging spectrograph (IRIS) for TMT: spectrograph design

红外成像光谱仪（IRIS）是30米望远镜（TMT）的三个首批光学仪器之一，也是唯一一个直接采样衍射极限的仪器。该仪器由一个平行的成像仪和离轴积分场光谱仪（IFS）组成，以最佳地利用近红外（0.84 μ m-2.4 μ m）自适应光学校正的焦面。我们介绍了IRIS摄谱仪的概述，该摄谱仪旨在探测从高z星系的动力学和形态到研究太阳系物体的大气和表面的一系列科学目标，后者需要窄场和高Strehl性能。IRIS光谱仪是一个混合系统，由两种最先进的IFS技术组成，提供四种板尺度（4 mas，9 mas，25 mas，50 mas光谱尺寸）。我们提出了独特的混合系统的设计，结合了一个小透镜光谱仪和图像切片光谱仪的配置，其中主要的硬件是共享的权力。结果是一个强大而经济的解决方案，否则需要两个单独的30米级仪器。

用于TMT的红外成像光谱仪（IRIS）：仪器概述

The Infrared Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: Instrument Overview

我们提出了一个概述的设计IRIS，红外（0.85 - 2.5微米）积分场光谱仪和成像相机的三十米望远镜（TMT）。凭借极低的波前误差（<30 nm）和机载波前传感器，IRIS将利用窄视场红外自适应光学系统（NFIRAOS）的高角分辨率来剖析30米孔径衍射极限的天空。该仪器的主要光谱分辨率为4000，空间采样从4毫角秒开始，将具有无与伦比的能力来探索高红移星系、银河系中心、恒星形成区和几乎任何天体。本文总结了整个设计方案和基本功能。在设计创新中，包括小透镜和切片器积分场单元的组合、新的4Kx 4k探测器、极其精确的大气色散校正、红外波前传感器和非常大的真空低温系统。

用于TMT的红外成像光谱仪（IRIS）：ADC光学设计

The Infrared Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: the ADC optical design

介绍了IRIS大气色散校正器（ADC）的光学设计。该ADC设计用于在25度仰角处给定通带内小于~1 mas的残余色散。自上一次报告以来，IRIS成像仪的面积增加了四倍，瞳孔尺寸从75毫米增加到90毫米，这两者都对设计提出了挑战。几个考虑因素导致了当前的设计：残余色散，引入的失真量，玻璃透射率，玻璃可用性和瞳孔位移。特别是，发现出现了显著的失真（两个不同的分量），这可能导致长时间曝光后的图像模糊。而且，瞳孔位移增加了成像器焦点处的波前误差。我们讨论这些考虑因素，讨论的妥协，并提出最终的设计选择和预期的性能。

用于TMT的InfraRed成像光谱仪（IRIS）：创新科学计划概述

The InfraRed Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: Overview of innovative science programs

IRIS（红外成像光谱仪）是为未来30米望远镜（TMT）设计的第一台轻型近红外衍射极限成像仪和积分场光谱仪。IRIS经过优化，可以在宇宙时间的很大一部分进行天文学研究，从我们的太阳系到遥远的新形成的星系（Barton等人[1]）。我们提出了一系列创新的科学案例，这些案例是IRIS在即将到来的太空和地面望远镜时代所独有的。我们专注于直接成像的系外行星大气的积分场光谱学，探索银河系中心的基础物理，测量10^4到10^10 Msun的超大质量黑洞质量，年轻恒星形成星系（1 < z < 5）和第一轻星系（6 < z < 12）的分辨光谱学，以及强引力透镜源的分辨光谱学来测量暗物质子结构。对于这些科学案例中的每一个，我们都使用IRIS模拟器（Wright et al. [2]，Do et al. [3]）来探索IRIS功能。为了突出独特的IRIS功能，我们还更新了积分场摄谱仪（IFS）在所有五个宽带滤波器（Z，Y，J，H，K）中的点和分辨源灵敏度，以实现每spatial 0.004”的最小空间尺度。我们简要地讨论了未来的发展计划的数据减少管道和快速查看软件的IRIS仪器套件。

用于TMT的InfraRed成像光谱仪（IRIS）：最新科学案例和模拟

The InfraRed Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: latest science cases and simulations

30米望远镜（TMT）的第一台光学仪器IRIS（红外成像光谱仪）将于2016年完成初步设计阶段。IRIS仪器设计包括一个近红外（0.85 - 2.4微米）积分场摄谱仪（IFS）和成像仪，能够在先进的自适应光学系统NFIRAOS后面进行同步衍射限制观测。IRIS科学案例继续得到开发，新的科学研究已经调查，以帮助技术性能和设计要求。在这个开发阶段，IRIS科学团队特别关注整个系统的滤光片、光栅、灵敏度的选择，以及将受益于IFS和成像相机并行模式的科学案例。我们使用最新的端到端数据模拟器为IRIS提供新的科学案例，涉及以下主题：太阳系天体，银河系中心，活动星系核（AGN）和遥远的引力透镜星系。然后，我们简要讨论了先进的数据管理系统和数据简化管道的必要性。

用于TMT的红外成像光谱仪（IRIS）：仪器概述

The Infrared Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: Instrument Overview

我们提出了一个概述的设计IRIS，红外（0.84 - 2.4微米）积分场摄谱仪和成像相机的三十米望远镜（TMT）。IRIS具有极低的波前误差（<30 nm）和机载波前传感器，将利用窄场红外自适应光学系统（NFIRAOS）的高角分辨率，在30米孔径的衍射极限处解剖天空。该仪器的主要光谱分辨率为4000，空间采样从4毫角秒开始，将具有无与伦比的能力来探索高红移星系、银河系中心、恒星形成区和几乎任何天体。本文总结了整个设计方案和基本功能。在设计创新中，包括小透镜和切片器积分场单元的组合、新的4Kx 4k探测器、极其精确的大气色散校正、红外波前传感器和非常大的真空低温系统。

用于TMT的红外成像光谱仪（IRIS）：多层波前测量和新型机械设计

The Infrared Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: Multi-tiered Wavefront Measurements and Novel Mechanical Design

红外成像光谱仪（IRIS）将是30米望远镜（TMT）上的第一台光自适应光学仪器。IRIS由加州理工学院、加州大学、NAOJ和NRC Herzberg合作建造。我们提出了新的方面的支持结构，旋转器和仪器波前传感器系统正在开发的NRC赫兹伯格。IRIS悬挂在窄场红外自适应光学系统（NFIRAOS）的底部端口，并提供自己的图像去旋转以补偿焦平面的恒星旋转。这一安排是一个挑战，因为NFIRAOS被设计为托管另外两个科学仪器，这对IRIS提出了严格的质量要求。我们的任务是将仪器质量保持在7吨以下，与最新的IRIS设计相比，支撑结构和旋转器的质量减少了30%。为了实现这一目标，同时仍然能够承受地震，我们开发了一种新的复合材料设计。由于IRIS是NFIRAOS的客户工具，因此它受益于NFIRAOS卓越的AO校正。IRIS通过使用仪器上波前传感器（OIWFS）检测低阶像差来辅助这种校正。OIWFS由三个独立定位的自然引导星波前传感器组成，它们在2弧分的视场内巡逻。我们期望在IRIS成像仪焦平面内对微弱恒星的倾斜测量将进一步稳定所提供的图像质量。我们描述了如何使用探测器上的引导窗口（ODGW）的IRIS成像仪可以纳入AO校正。最后，我们提出了我们的策略，用于获取和跟踪源与这个复杂的AO系统，并减轻和测量的各种潜在来源的图像模糊和错位，由于机械结构和接口的属性。（节录）

TMT红外成像光谱仪（IRIS）：“共轴双TMA“IRIS成像仪光学设计

The Infrared Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: optical design of IRIS imager with "Co-axis double TMA"

IRIS（红外成像光谱仪）是30米望远镜（TMT）的第一代仪器之一。IRIS由近红外（0.84- 2.4 $μ$ m）衍射极限成像仪和积分场光谱仪组合而成。为了在近红外波长区域实现近衍射极限的分辨率，IRIS使用先进的自适应光学系统NFIRAOS（窄场红外自适应光学系统）和集成的仪器波前传感器（OIWFS）。然而，IRIS本身具有挑战性的规格。首先，在34.0 $\times$ 34.0弧秒视场内，整个系统波前误差在Y、Z、J和H波段中应小于40 nm，在K波段中应小于42 nm。其次，成像仪组件的吞吐量应超过42%。为了实现极低的波前误差和高吞吐量，全反射设计已被提出。我们采用了一种新的设计策略，称为“同轴双TMA”，有效地消除了“准直器/TMA”和“相机/TMA”产生的非对称像差。最新的成像器设计符合所有规格，特别是波前误差小于17.3 nm，吞吐量超过50.8%。然而，为了满足波前误差和吞吐量的规格，IRIS成像仪需要在低温和高水平的组装集成和验证（AIV）的高反射涂层后具有低表面不规则性的反射镜。为了应对这些技术挑战，我们进行了容差分析，发现使用四个补偿器的高斯分布的总合格率接近99%，抛物线分布的总合格率超过90%。并对光学元件进行了AIV方案和可行性验证。在本文中，我们将介绍这个光学系统的细节。

用于TMT的红外成像光谱仪（IRIS）：成像仪低温兼容平台的原型

The Infrared Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: Prototyping of cryogenic compatible stage for the Imager

IRIS成像仪需要在真空和低温环境下工作的光学机械平台。此外，IRIS成像仪的载物台需要在不进行维护的情况下使用10年。为了实现这些要求，我们决定制作具有80 mm净孔径的两轴载物台原型。样机设计为双层载物台，上部为旋转载物台，下部为直线载物台。大多数组件的选择是为了利用现有天文仪器的遗产。相比之下，带有润滑剂的机械部件，如轴承、直线运动导轨和滚珠丝杠，经过改进后可以在低温环境中生存。进行了性能验证测试，以评估如摆动，旋转和线性定位误差的误差。我们实现了0.002 $\rm deg_{rms}$摆动、0.08 $\rm deg_{0-p}$旋转定位误差和0.07 $\rm mm_{0-p}$平移定位误差。并进行了预期载荷条件下的耐久性试验。在本文中，我们报告的机械设计，制造，性能和耐久性的原型的细节。

用于TMT的红外成像光谱仪（IRIS）：改进的数据处理系统

The Infrared Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: advancing the data reduction system

红外成像光谱仪（IRIS）是30米望远镜（TMT）的第一台光学仪器，它由近红外（0.84至2.4微米）成像仪和积分场光谱仪（IFS）组成，IFS利用窄场红外自适应光学系统（NFIRAOS）在衍射极限下工作。成像仪将有一个34弧秒x 34弧秒的视野与4毫弧秒（mas）像素。IFS由一个小透镜阵列和切片器组成，能够实现从4 mas到50 mas的四个板尺度，多个光栅和滤波器，这些又将操作数百个单独的模式。IRIS与NFIRAOS协同运作，将给数据简化系统带来许多挑战。在这里，我们介绍了实时和后处理DRS的更新设计。DRS将支持IRIS的两种操作模式：（1）写入从探测器发送的原始读数，并对给定曝光的所有读数进行采样，以创建原始科学帧;以及（2）减少来自成像器、小透镜阵列和切片器IFS的数据。IRIS计划保存给定曝光的原始读数，以使最终用户能够实现复杂的处理能力，例如能够删除个别不良读数以改善信噪比，或从点扩散函数（PSF）的高级知识中删除。读出处理器（ROP）是IRIS DRS设计的关键部分，用于将原始读出数据写入原始科学框架并进行采样，然后将其传递到TMT数据存档。我们讨论了在成像器探测器上使用子阵列来缓解饱和/持久性，探测器上的引导窗口和快速读出科学案例（< 1秒）。

用于TMT的红外成像光谱仪（IRIS）：带碰撞避免的仪器波前传感器运动规划

The Infrared Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: motion planning with collision avoidance for the on-instrument wavefront sensors

红外成像光谱仪（IRIS）将是30米望远镜上窄场红外自适应光学系统（NFIRAOS）的第一台轻型客户仪器。IRIS包括三个可配置的倾斜/倾斜（TT）或倾斜/倾斜/聚焦（TTF）仪器上波前传感器（OIWFS）。这些传感器被放置在自然引导星（NGS）使用可移动的极坐标拾取臂（POA），巡逻约2弧分的圆形视场（FOV）。POA能够彼此碰撞，因此需要避免接触的协调运动算法。我们已经通过了一种方法，在该方法中，手臂运动的标量势场，包括一个有吸引力的组件朝向目标配置（目标星的位置）的梯度下降进行评估，和排斥组件，以避免障碍物（接近相邻的武器）。通过添加横向于排斥梯度的分量来进一步修改所得到的矢量场，以避免潜在的有问题的局部最小值。我们目前的路径规划模拟使用这种计算成本低的技术，表现出平滑和高效的轨迹。

用于TMT的红外成像光谱仪（IRIS）：数据处理系统

The Infrared Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: Data Reduction System

IRIS（红外成像光谱仪）是30米望远镜（TMT）的衍射限制第一光仪器，由近红外（0.84至2.4 $μ$ m）成像仪和积分场光谱仪（IFS）组成。IFS利用小透镜阵列和切片器进行空间采样，其将能够在100个不同模式下操作，包括从4毫角秒（mas）到50 mas的四个板尺度与大范围的滤波器和光栅的组合。成像仪的视场为34 $\times$ 34 arcsec $^{2}$，板刻度为4 mas，具有许多可选滤光片。我们提出了初步设计的数据简化系统（DRS）的IRIS，需要解决所有这些观测模式。减少IRIS数据将面临独特的挑战，因为它将在观测序列期间提供成像和光谱数据的实时减少和分析，以及先进的后处理算法。DRS将支持IRIS的三种基本操作模式：减少来自成像器、小透镜IFS和切片器IFS的数据。DRS将使用Python编写，利用可用的开源天文软件包。除了实时数据简化，DRS还将利用实时可视化工具，为天文学家提供目标获取和数据质量的最新评估。quicklook套件将包括用于1D、2D和3D原始图像和缩小图像的可视化工具。我们讨论了DRS和可视化工具的总体要求，以及必要的校准数据，以实现最佳的数据质量，以便在所有宇宙距离尺度上利用科学案例。

用于TMT的红外成像光谱仪（IRIS）：灵敏度和模拟

The infrared imaging spectrograph (IRIS) for TMT: sensitivities and simulations

我们目前的设计，在未来的三十米望远镜（TMT）的红外成像光谱仪（IRIS）的点和解决天文源的灵敏度估计。IRIS与TMT的自适应光学系统相比，将在近红外（0.84 - 2.45 μm）实现前所未有的点源灵敏度。IRIS成像仪在5小时的总积分中，将能够在近红外宽带滤波器（Z，Y，J，H，K）中对26 - 29等（AB）点源进行百分之几的测光。积分场摄谱仪具有一系列刻度和滤波器，在5小时的总积分时间内，将在22 - 26星等（AB）点源上实现良好的信噪比，光谱分辨率为R= 4，000。我们还提供了模拟的高红移恒星形成星系（1 < z < 5）的3D IRIS数据，说明了这种仪器在探测早期宇宙中星系的动力学，组装和化学丰度方面的非凡潜力。凭借其最精细的空间尺度，IRIS将能够以约100 pc的分辨率研究明亮、大质量、高红移的恒星形成星系（恒星形成速率约为10 - 100 M yr-1）。利用粗糙的空间尺度，IRIS将能够观察到较暗，质量较小的高红移星系，综合恒星形成率小于1 M yr-1，与目前的积分场摄谱仪相比，灵敏度提高了3至10倍。精细和粗糙的空间尺度与衍射极限的TMT的组合将显着推进我们对早期星系形成过程及其随后演化成现今星系的理解。

用于TMT的InfraRed成像光谱仪（IRIS）：反射式直纹衍射光栅性能测试与讨论

The InfraRed Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: Reflective ruled diffraction grating performance testing and discussion

介绍了为红外成像光谱仪（IRIS）设计的近红外反射式直纹衍射光栅的效率。IRIS是30米望远镜（TMT）和窄视场红外自适应光学系统（NFIRAOS）的第一个光、积分场摄谱仪和成像仪。我们提出了我们的实验装置和分析的效率选择反射衍射光栅。这些测量结果被用作与所选择的候选体相位全息（VPH）光栅的比较样本（参见Chen等人，本次会议）。我们调查的效率，从两个不同的供应商为IRIS设计的五个光栅。其中三个光栅的通带为1.19-1.37 μm（J波段），理想的光谱分辨率分别为R=4000和R=8000，槽密度分别为249和516线/mm，闪耀角分别为9.86和20.54度。另外两个光栅的通带为1.51-1.82 μm（H波段），理想的光谱分辨率为R=4000，槽密度为141线/mm，闪耀角为9.86°。我们测量了所有光栅的闪耀角效率和偏振横磁（TM）和横电（TE）态之间的效率。对于H波段R=4000和J波段R=4000，峰值反射效率分别为98.90 +/- 3.36%（TM）和84.99 +/- 2.74%（TM）。J波段R=8000光栅的峰值反射效率为78.78 +/- 2.54%（TE）。我们发现这些刻划光栅在+/-3°范围内对入射角没有很大的依赖性。我们最好的制造光栅被发现表现出依赖于入射光束的偏振状态与~10-20%的偏差，与理论效率预测一致。

用于TMT的红外成像光谱仪（IRIS）：体相位全息光栅性能测试与讨论

The Infrared Imaging Spectrograph (IRIS) for TMT: Volume phase holographic grating performance testing and discussion

光栅效率最大化是第一个光仪器IRIS（红外成像光谱仪）的一个关键目标，目前正在设计的样品的衍射极限的TMT（三十米望远镜）。体积相位全息（VPH）光栅已经显示出提供极高的效率，对于高的线频率接近100%（即，600 ~ 6000 l/mm），已应用于天文摄谱仪。然而，VPH光栅在近红外中较少被利用，特别是对于具有较低线频率的光栅。鉴于其提供高通量和低散射光的潜力，VPH光栅正在探索IRIS作为光谱仪中潜在的色散元件。我们的团队已经从两个不同的供应商采购了近红外光栅。我们有两个光栅的规格需要IRIS目前的设计：1.51-1.82μm（H波段），以产生一个光谱分辨率为4000和1.19- 1.37 μm（J波段），以产生一个光谱分辨率为8000。在H波段R=4000和J波段R=8000时，每个光栅的中心波长分别为1.629μm和1.27μm，槽密度分别为177 l/mm和440 l/mm。在实验室中直接测量了这两种光栅的效率，发现它们的峰值效率都很好，H波段TM和TE模的峰值效率在布拉格角处都达到了88%，而J波段TM模的峰值效率为90.23%，TE模的峰值效率为79.91%。我们确定了偏离布拉格角的效率下降，当偏离布拉格角2.5 °时，H波段的效率下降20-23%，当偏离布拉格角5°时，J波段的效率下降25%-28%。