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《短波红外棱镜_光栅_棱镜成像光谱仪光学系统设计_袁立银.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第40卷第6期光子学报Vol.40No.62011年6月ACTAPHOTONICASINICAJune2011文章编号:1004-4213(2011)06-0831-4短波红外棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪光学系统设计袁立银,何志平,舒嵘,王建宇(中国科学院上海技术物理研究所,上海200083)摘要:提出了一种基于棱镜-光栅-棱镜分光器件的短波红外成像光谱仪光学系统,该系统由离轴三反射式望远物镜、准直镜、棱镜-光栅-棱镜和会聚镜组成,光谱覆盖950~2500nm,空间视场达到22.5b.在实现宽视场、宽波段设计的同时,优化设计了
2、棱镜-光栅-棱镜分光器件的各个参量.通过偏斜会聚镜光轴和棱镜-光栅-棱镜光轴在光谱维的角度,可以良好地校正色畸变keystone和谱线弯曲smile,将二者控制在5Lm以下,使得成像光谱仪获取的光谱信息更为准确.关键词:光学设计;成像光谱仪;离轴三反射镜;棱镜-光栅-棱镜器件中图分类号:O439文献标识码:Adoi:10.3788/gzxb20114006.08310引言散器件色散,再由会聚镜会聚于面阵探测器上.此时,面阵探测器中的一维完成空间成像,称之为空间1991年,Aikio首次提出了一种直视型棱镜-光维,而另一维完成
3、光谱成像,称之为光谱维,再经由栅-棱镜(Prisim-Grating-Prism,PGP)成像光谱平台的向前(y方向)运动而完成大范围的推帚成[1]仪,后来迅速发展应用到工业探测和科学研究中.像,如图1.[2]1993年,在AISA中便利用了这种光谱仪器.国表1主要技术指标内,上海技术物理研究所首先在航空高光谱成像仪Table1Primaryspecifications[3]以及显微光谱系统中应用了这种分光技术;之后SpecificationDesign苏州大学也有一些该方面的研究,但其是基于直视Waverange950~2
4、500nmFocallength40mm型窄光谱波段的研究.直视型系统中仍有可观的[4]Fieldofview22.5bkeystone和smile存在,尤其在宽视场宽波段光FNumber3.4谱成像系统中更为明显.本文基于PGP这种分光器Slitsize15mm@30Lm件,设计了一个宽视场、宽波段、良好校正光谱弯曲FPApixelsize30Lm的短波红外成像光谱仪光学系统.Spectralchannels240Spectralsampling6.46nm1设计思想该推帚式成像光谱仪由望远物镜、狭缝、准直镜、色散器件(P
5、GP)、会聚镜和面阵探测器组成.望远物镜采用长线性视场的离轴三反射镜系统.1.1主要技术指标系统的主要空间技术指标和光谱技术指标如表1.1.2系统工作原理图1推帚式成像光谱仪原理图来自条带形地表目标的辐射进入仪器的望远物Fig.1Sketchofpushbroomimagingspectrometer镜中,成像在置于望远物镜焦面上的狭缝处,通过狭1.3分光原理缝的连续光谱辐射,经由准直镜准直后,经PGP色PGP分光器件是由两个棱镜中间粘结一个体基金项目:国家重点基础研究发展计划(No.2009CB724000)资助第一作者:
6、袁立银(1981-),女,副研究员,博士,主要研究方向为航空航天遥感仪器的光学系统设计与应用技术.Email:yuanliyintongji@163.com通讯作者:.舒嵘(1971-),男,研究员,主要研究方向为光电遥感.Email:shurong@mail.sitp.ac.cn收稿日期:2010-10-22;修回日期:2011-02-21832光子学报40卷相位全息透射光栅而制成,在棱镜和光栅之间贴有表区域通过TMA望远镜所成的像在像方已经不是前截止和后截止滤光片以限制光谱波段范围,具有一条直线,而是弯曲的.这可以通过简
7、易图象处理技体积小、效率高及成本低的特点.在主光轴不偏转的术可以消除这一影响.情况下,满足布拉格条件,此时衍射效率最高.基于设计中需要注意的是:为了能与后面光谱仪在一个由光栅、会聚光学和探测器组成的简单模块,可光瞳位置和F数上都能完好匹配,因此在望远物镜[5]以用公式来表示光栅刻线数的设计中,F数设计的要比光谱仪系统的F数稍-1K22大.成像光谱仪的F数为3.4,望远物镜的F数设计L2WKLKCWKL2Mf=-2++KCQQQQ为3左右,避免对接光谱仪后产生渐晕而损失能量.aHK1由于F数稍微减小,因此,在设计中对像质的影响
8、式中,Q=,W=.aHKaHK并不大.2f1+1+2f2f图3为望远镜的点列图.由图形可知,全视场内其中,f为聚焦光学的焦距,KL为工作谱段上物镜的RMS半径在3Lm以内,远小于探测器的像限,KC为中心波长,HK为探测器光谱维高度,a为探元30Lm.测器光谱维使用系数.2设计过程及结果2.
