基于双Amici棱镜的成像光谱系统研究

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文2013年5月IMMlUllllllllIllilllllllllUllUUlllY2381533oNDoUBLEAMICIPRISMByPeiLinlinADissertationSubmittedtoGraduateUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringSupervised

2、byProfessorHuangMinAcademyofopto—Electronics，ChineseAcademyofSciencesMay,2013关于学位论文使用权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经著作权人授权，不得将本论文转借他人并复印、抄录、拍照、或以任何方式传播。否则，引起有碍著作权人著作权益之问题，将可能承担法律责任。关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院XNX所有关保存、使用学位论文的规定，即：中国科学院XXX所有权保留学位论文的副本，允许该论文被查阅；中国科学院XXX所可以公布该论文的全部或部分内容，可

3、以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。(涉密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：躲琊新签名：磁缎眺伽l撕弓1关于学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。签名：褒猁州导师签友目期妯昏s吲摘要成像光谱技术是成像技术与光谱技术相结合的一种新型多维信息获取技术，从二十世纪八十年代初到现在的三十多年时间里，得到了飞速的发展。该技术既

4、可以实现目标的两维影像识别，同时实现目标的属性探测，在诸多领域有重要的应用价值，目前已经在航天航空遥感、军事应用、生物医药、农业、物质分析和分类、宇宙和天文探测、环境和灾害监测以及大气探测等领域得到广泛应用。本文首先阐述了成像光谱技术的概念，并从分光原理的角度，对几种成像光谱仪的工作原理进行了简述。总结了成像光谱技术的典型应用，从军事到民用，应用前景非常广泛。双Amici棱镜是一种复合棱镜，作为成像光谱相机的分光元件，其对称的结构能有效的规避单棱镜色散存在的问题。本文针对双Amici棱镜做了详细的光线追迹推导，在玻璃材料、厚度固定的情况下，针对棱镜

5、面各倾角的误差、第二平行差，建立数学模型。在Zemax中模拟棱镜的色散效果，对比数学模型，证明了该数学理论模型的正确性，并通过蒙特卡洛模拟分析法，给出了公差范围内，产品的合理性。针对双Amici棱镜本身，对其进行了变形改进。在近轴光路模型中，对比非对称三棱镜、对称型多棱镜和曲面双Amici棱镜结构的非线性色散、谱线弯曲和谱带弯曲。其中，创新性提出的曲面双Amici棱镜结构，能够很好的矫正色散存在的谱线弯曲和谱带弯曲问题。因曲面面型的存在，该种类型棱镜结构不仅具有色散功能，还具有成像功能，这样很有效的减少了成像镜结构。随后，探讨了基于双Amici棱镜

6、的编码孔径成像光谱仪的工程实现中的一些具体问题。按照所要求的设计指标，波段范围是450nm～900nm，首先设计了系统的前置望远物镜结构，再将整个系统组合到软件中进行优化设计，光谱分辨率为5rim，全光学系统结构总长度为250．8mm。整个光学系统采用透射式共轴结构，这对于镜座设计和装调都是非常方便的。系统的MTF在各个视场和波段内基本在0．7附近，接近衍射极限。整个光学系统纂于叔Amid棱镜的成像光谱系统研宄结构简单，像差校正能力强，结构尺寸较小。论文的研究工作是结合实验室某工程项目同步展开的，设计完成了工程样机的装调和定标实验，从实验数据上看，

7、证明了本论文研究工作的必要性和正确性。关键词：成像光谱技术，光谱仪，双Amici棱镜，光学设计IIAbstractTheimagingspectroscopyisanewtypeofmulti-dimensionalaccesstoinformationtechnology,whichisacombinationofimagingtechnologyandSpectroscopy．Fromthe1980suntilnow,theimagingspectroscopyhasbeenrapiddevelopment．Becauseofthelargea

8、mountofinformationbroughtbytheimagingspectrometer,thiskindoft