FRIDA se colocará en la plataforma Nasmyth B del Gran Telescopio de Canarias, a través de una estructura de soporte que tendrá los grados de libertad suficientes para alinearlo respecto a sistema de óptica adaptativa (GTCAO).

Su diseño contempla:

Un Criostato: cuerpo donde están contenidos todos los subsistemas.

Varios Subsistemas: elementos que hacen posible que FRIDA provea sus dos modos de operación.

Criostato

El criostato es un recipiente (dewar) de 2.5 m³ hermético que soporta (y mantiene) temperaturas de nitrógeno líquido, es decir del orden de –196 °C (77 K).

Tiene forma rectangular con una parte cilíndrica frontal, denominada extensión, en donde se encuentra la ventana de entrada que permite hacer coincidir el haz proveniente del telescopio, ya corregido por GTCAO, con el primer plano focal de FRIDA.

En su interior, se aloja el tanque que puede ser llenado de nitrógeno líquido, cuya cubierta hace la función de banco óptico donde se sitúan todos los subsistemas criogénicos.

En su exterior, posee todos los puertos necesarios para acoplar las bombas de vacío, los enfriadores de ciclo cerrado, cables, etc.

Las condiciones de operación del instrumento se obtienen, primero consiguiendo condiciones de alto vacío en el interior del criostato, del orden de 10^-7 mbar, con ayuda de una bomba turbo molecular y una bomba mecánica, y en el interior del tanque de nitrógeno líquido, del orden de 10^-3 mbar, usando otra bomba mecánica. Luego, se enfría con nitrógeno líquido y con los dos enfriadores de ciclo cerrado.

Además, el criostato posee en su interior escudos fríos y adiabáticos que permiten aislar a los subsistemas del exterior y enfriarlos por medio de radiación.

Subsistemas

FRIDA cuenta con un sistema refractivo clásico colimador–cámara, un mecanismo que provee las diferentes escalas espaciales, un mecanismo que contiene una gran variedad de filtros dentro del intervalo de funcionamiento del instrumento, y una unidad de campo integral (IFU) que, junto con un espectrógrafo con sistema óptico de doble paso y varias rejillas de difracción que hace posible la espectroscopía de campo integral (IFS).

Todos los mecanismos que utilizan ruedas tienen una rueda dentada engranada a un tornillo sin fin que se mueve mediante un motor de pasos criogénico. Las posiciones de referencia de inicio se definen mediante un micro interruptor de alta precisión.

Todos los componentes refractivos, colimador, cámaras y espectrógrafo están basados en arreglos de lentes acromáticos: dobletes de CaF2–S–FTM16, positivo o negativo, y doblete de CaF2–Infrasil301.

Las monturas criogénicas empleadas fueron diseñadas para mantener el centrado y el espaciado de las lentes, ya que, por los materiales utilizados en los dobletes era imposible pegarlas. Además, controlan la tensión mecánica que las celdas ejercen sobre las lentes, mitigan los posibles choques térmicos por los cambios de temperatura y garantizan la alineación aún después de los numerosos ciclados térmicos que vivirá el instrumento, así como posibles golpes y aceleraciones durante su transporte.

Rueda de plano focal (FW)

Es el mecanismo que provee los limitadores de campo para ambos modos de operación, así como las máscaras de calibración y las de ocultación que permitirán la adquisición de imágenes de alto contraste.

Mecanismo de pupilas (PM)

Este mecanismo cuenta con tres ruedas, dos que alojan un total de 19 filtros cada una, y la tercera que posee las máscaras de pupilas con diferentes aperturas.

Sistema refractivo Colimador–Cámara y Rueda de cámaras (CW)

Tiene la función de:

Colocar las imágenes de la pupila de GTC en el plano de pupila de la pre-óptica de FRIDA

Situar la imagen de salida de GTCAO en el segundo plano focal, donde está ubicado el detector, para el caso de modo imagen, o en la entrada de la óptica del espectrógrafo, para el caso del modo de espectroscopía integral de campo.

Para conseguir las escalas espaciales que ofrece FRIDA se utilizan cuatro cámaras que proporcionan amplificación lineal, una de ellas fija, Cámara Media (CM) y las otras tres intercambiables, cámaras Gruesa (CC), Fina (FC) y Pupilar (PC), montadas en una rueda de cámaras (CW).

Mecanismo de cambio de modo (MS)

Después de que el haz proveniente de GTC-AO pasa por la rueda de plano focal, la rueda de pupilas y atraviesa el sistema colimador-cámara llega al mecanismo de cambio de modo, el cual manda el haz:

directamente hacia el detector, si se elige el modo imagen.

directamente a la posición del segundo plano focal, para que éste pase por la IFU y después llegue a la óptica del espectrógrafo, si se elige el modo espectroscopía integral de campo (IFS)

Unidad Integral de Campo (IFU)

La técnica de espectroscopía integral de campo que utiliza FRIDA consiste en un rebanador de imagen, con lo que se evita pérdida de información como ocurre con otros métodos de IFS.

La IFU cuenta con un rebanador capaz de dividir la imagen en 30 rebanadas, tres bloques de espejos con 30 espejos esféricos cada uno y un relay de Schwarzschild. Todos estos elementos permiten rebanar la imagen, amplificarla linealmente y acomodarlas, sin perder su calidad, en un orden conocido formando una pseudo rendija, lista para ser difractada después de pasar por el sistema de doble paso colimador-cámara de la óptica del espectrógrafo.

Espectrógrafo (OB)

El espectrógrafo cuenta con un sistema óptico de doble paso que recibe la imagen rebanada por la unidad de campo integral y ordenada en la pseudo rendija, que envía al carrusel de rejillas, para luego recibir la luz dispersada que redirecciona hacia el detector.

Carrusel de rejillas (GC)

El carrusel de rejillas (GC) es un mecanismo circular con dos espejos de mapeo para la IFU y siete rejillas de difracción en configuración "quasi-Littrow", es decir una rejilla de baja resolución, cuatro de resolución media y dos de alta resolución. Todas las rejillas trabajan en primer orden con excepción de la de baja resolución que trabaja en segundo orden. Para lograrlo, el diseño coloca a las diferentes rejillas de tal manera que el ángulo quasi-Littrow es diferente para cada una de ellas. Debido a los requisitos de repetibilidad de este mecanismo fue necesario incluirle un codificador absoluto que trabaja en lazo cerrado.

Detector y Mecanismo de enfoque (FM)

El detector que usará FRIDA es un HAWAII-2RG™ de 2048x2048 pixeles el cual se fija a un mecanismo de enfoque (FM) que permitirá seleccionar la posición correcta para adquirir las imágenes o espectros según la configuración del modo de observación que se elija.

Unidad de Calibración (CU)

Para realizar calibraciones se cuenta con una unidad de calibración situada fuera del criostato entre FRIDA y GTC-AO.