[论文解读] DECal: A Spectrophotometric Calibration System For DECam

John Marshall, Jean-Philippe Rheault+9 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2013

Advanced Chemical Sensor Technologies参考文献 1被引用 5

一句话总结

DECal 是用于CTIO 4米布兰科望远镜上DECam仪器的光谱光度校准系统，采用基于单色仪的可调光源和朗伯朗伯反射屏，测量300–1100 nm波段范围内的波长依赖性仪器响应。该系统可实现每月对望远镜+仪器透过率的监测，通过校正滤光片透射率变化、镀膜退化及系统透过率波动，达到1%的光度测量精度。

ABSTRACT

DECal is a new calibration system for the CTIO 4 m Blanco telescope. It is currently being installed as part of the Dark Energy Survey and will provide both broadband flat fields and narrowband (about 1 nm bandwidth) spectrophotometric calibration for the new Dark Energy Camera (DECam). Both of these systems share a new Lambertian flat field screen. The broadband flat field system uses LEDs to illuminate each photometric filter. The spectrophotometric calibration system consists of a monochromator-based tunable light source that is projected onto the flat field screen using a custom line-to-spot fiber bundle and an engineered diffuser. Several calibrated photodiodes positioned along the beam monitor the telescope throughput as a function of wavelength. This system will measure the wavelength-dependent instrumental response function of the total telescope+instrument system in the range 300 < lambda < 1100nm. The spectrophotometric calibration will be performed regularly (roughly once per month) to determine the spectral response of the DECam system and to monitor changes in instrumental throughput during the five year Dark Energy Survey project.

研究动机与目标

• 通过校正仪器和大气效应，实现暗能量调查（DES）的高精度、高准确度光度测量。
• 通过监测望远镜+仪器响应函数的变化，解决在五年内保持光度测量精度的挑战。
• 提供一种稳定、低维护的校准系统，适用于长期例行天文巡天应用。
• 测量DECam滤光片的真实光谱响应，特别是那些制造商数据不完整或不确定的滤光片，如u波段滤光片。
• 通过精确掌握滤光片透射函数，支持改进超新星k校正和光度红移测量。

提出的方法

• 基于单色仪的可调光源在300–1100 nm范围内生成窄带（≈1 nm）照明，替代可调激光器以降低维护需求。
• 光线通过定制的线对点光纤束耦合，并投射到朗伯朗伯反射屏上，以模拟均匀的天空照明。
• 在光路中设置已校准的光电二极管，用于监测望远镜透过率随波长的变化，从而测量完整的仪器响应函数。
• 系统采用单个大型、轻质的铝蜂窝结构平场屏，表面涂覆高反射率、朗伯特特性的材料，确保望远镜视场内照明均匀。
• 利用LED光源照射每个光度滤光片，生成宽波段平场，实现对DECam CCD像素间响应差异的每日校准。
• 系统设计为定期自动运行——每月一次光谱光度扫描和每日一次平场校准——适用于为期五年的DES巡天。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在五年内以高精度和高稳定性测量DECam+望远镜系统的波长依赖性仪器响应？
• RQ2 DECam滤光片的真实光谱透射函数是什么，特别是那些制造商规格不完整或不确定的滤光片？
• RQ3 基于单色仪的系统是否足以在光学和红外波段实现长期、常规校准所需的信噪比和稳定性？
• RQ4 光学镀膜和滤光片性能的变化如何影响仪器透过率，该系统能否有效监测这些变化？
• RQ5 该校准系统在多大程度上可提升超新星k校正和光度红移测量的光度精度？

主要发现

• DECal原型成功测定了卡内基超新星项目u波段滤光片的真实光谱响应，纠正了最初导致光度不准确的假设。
• 在斯沃普和杜波依斯望远镜上对光学和红外滤光片进行的光谱光度扫描，透过率测量精度达到1%，验证了系统的精确性。
• 该系统在红外波段校准方面表现出可行性，可在J、H和Ks波段测量到透过率，尽管在Ks波段红端信噪比较低。
• 基于单色仪的光源证明有效，且比可调激光器维护需求更低，支持长期部署。
• 朗伯特平场屏确保了望远镜视场内照明的均匀性，从而实现了准确的平场校正和透过率校准。
• 该系统具有可扩展性，通过少量修改即可扩展至近红外波段（最高达2400 nm），支持更广泛未来的应用。