积分视场三维光谱数据重构算法的研究和应用

积分视场三维光谱仪(Integral Field Spectroscopy)是同时具有高分辨率和高空间覆盖率的三维光谱成像技术，应用该技术方法一次曝光即可获得展源的三维立方体信息（二维辐射流量和波长），是国内望远镜升级改造及未来极大望远镜和空间望远镜不可缺少的仪器技术。南京天文光学技术研究所已经研制了一台积分视场三维光谱仪器样机，调试结束后拟将其配置在威海天文台1米反射式光学望远镜进行试观测。本项目主要是基于这台积分视场三维光谱仪进行三维光谱立方体数据的存储、三维立方体数据的重构算法的研究，分析仪器性能对观测数据的影响，并结合国际上已有的三维光谱观测数据及处理方法，进行算法优化，提高数据处理速度，发展一套尽可能普适的、自动化三维光谱数据处理软件。该算法的研究和对试观测结果分析可推动国内现有望远镜早日配置三维光谱仪，挖掘现有望远镜的潜力，同时为南极望远镜和极大望远镜的预研究提供技术支撑。

积分视场单元（Integreted Field Unit,简称IFU)技术是将望远镜焦面上展源的像连续切割成若干单元，重新排列后进入光谱仪器，可以获得二维视场内所有空间分辨单元的三维信息（波长和对应展源二维视场上的辐射流量I(x，y，λ)），是同时具有高分辨率和高空间覆盖率的光谱成像技术。最近20年三维光谱技术在国际上得到了迅猛的发展，积分视场三维光谱仪将成为光谱观测的主流设备。. 基于积分视场三维光谱仪的科学驱动和国际上正在运行的三维光谱仪的现状，期望在国内望远镜上早日配置IFU设备，挖掘现有望远镜的潜力，南京天文光学技术研究所已开始进行这方面的研究，在实验室中正搭建一台三位光谱仪样机，该光谱仪采用像切割器的积分视场单元技术，采用了9个积分视场单元，分辨率R为50至100，积分视场可达几个角分。探测器可选为APOGEE1KX1K24微米像元CCD和SBIG 4KX4K9微米像元CCD。. 本项目主要是将实验室研制的积分视场单元－像切割器进行优化和改造，成功将其配置在国内最大的光学望远镜－LAMOST低色散光谱仪上进行测试。LAMOST（郭守敬望远镜）是一台兼备大口径和大视场的多目标光纤光谱望远镜，LAMOST配置16台多目标低分辨率光纤光谱仪。每台光谱仪器可按插250根光纤，光纤芯径3.3″(320微米)，光谱范围3700Å—9000Å，分红蓝两区，分别用一片4096×4096CCD接收器。项目实施将改制后的像切割器装置在光谱仪出射端，将光纤的出射光斑沿空间方向切割。由于像切割器切片镀膜波段为380nm-700nm，因此项目实施主要利用了LAMOST低色散光谱仪的蓝区，实际工作波段为370nm-590nm，利用单光纤模式进行测试。在实际的测试中，为保持最大的通过效率，光纤光斑边缘和像切割器边缘尽可能相切，导致最外侧两个切片的信噪比很低，在实际的测试和数据处理中，本项目只采用中心7个切片的光谱信息。. 结合早期像切割器实验室样机测试数据和LAMOST光谱仪上测试数据，进行了积分视场三维光谱的数据处理。三维光谱的处理流程：检查数据和fits头、去宇宙射线、将每个切片单元光谱中心追迹、抽谱、定标、根据波长流量关系进行流量积分。. 项目的研究直接推动了像切割器在LAMOST高色散光谱仪上的应用。