积分视场光谱仪由积分视场单元和长缝光谱仪的组合发展而来，通过单次曝光获得星系、致密恒星簇、星际介质的二维空间信息和一维光谱信息，逐步取代传统长缝光谱仪非常耗时的区域扫描观测方式，成为国际光学天文的重要观测设备之一。

积分视场像切分器是三种主流积分视场单元之一，依靠切分镜堆切分望远镜焦面，将切分视场投射到不同的单元子系统，每个单元子系统独立成像于狭缝，并将所有切分像沿长狭缝线性排列，同时投射望远镜光瞳至光谱仪的入瞳处，具有高光效率、高视场覆盖率、结构紧凑等技术优势。积分视场像切分器是一种复杂的集成光学系统，对像质、像斑空间分布、光束传播方向、光瞳位置等均有严格要求，单元子系统之间光路相互交错，光学元件相互制约。

随着光学望远镜口径和视场切分密度的不断增大，切分数量急剧增加，积分视场像切分器面临探测器靶面的约束、大光轴折转角、光学元件数量多（>100 件）、像旋等新问题。

当前以GMT、TMT、ELT 为代表的极大口径光学/红外地基天文望远镜十分重视积分视场光谱观测能力，在首光仪器中都将装备以积分视场像切分器为基础的积分视场光谱仪。

本文以TMT 首光仪器红外成像光谱仪（IRIS）的积分视场像切分器设计为背景，开展该类器件的优化设计研究，在已有单级次设计方案基础上，探讨二级像切分设计方案的可行性。课题主要研究内容包括：（1）光轴折转角约束下的两级像切分参数分配方式；（2）通过优选两级光学系统减少光学元件总量；（3）改善像旋现象。通过优化设计方法研究，课题提出一个符合TMT-IRIS 指标要求的二级像切分器初步设计方案，获得近似衍射极限的良好像质，光学元件总量较单级次设计方案减少24%，像旋现象有所改善。课题所做研究证明多级次像切分设计方法是更大切分数量积分视场像切分器的可行研制方向之一，更多技术细节需要持续开展相关光学设计与光学制造工艺之间更紧密、更深入的协同研究。