空间外差光谱仪中窄带滤光片的光谱特性研究.pdf

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1、第35卷，第4期光谱学与光谱分析Vo1．35，No．4，ppll16—11192015年4月SpectroscopyandSpectralAnalysisApril，2015空间外差光谱仪中窄带滤光片的光谱特性研究罗海燕，施海亮，李志伟，李双，熊伟，洪津中国科学院安徽光学精密机械研究所，中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室，安徽合肥230031摘要高光谱空间外差干涉光谱仪的光谱响应由窄带滤光片的光谱特性决定，由于窄带滤光片的制备水平与理论值存在差距，使得发生光谱展宽或波长漂移等现象，在空间

2、外差光谱仪中形成高频和低频光谱混叠从而导致复原光谱失真。在分析滤光片对仪器光谱响应性能影响的基础上，通过在空间外差光谱仪核心干涉组件光栅的胶合过程中，根据窄带滤光片实测波长透过率曲线，利用可调谐激光器动态监测调整光谱仪基频波长的方法改善对其造成的光谱混叠。结果表明，通过实测滤光片特性调整光栅偏转角度来改变基频波长，可最大程度地有效利用仪器所能覆盖的光谱范围，根据干涉图的复原光谱信号可知试验装置的有效光谱范围从758~770．9nm增加至756~770．9nm。关键词窄带滤光片；空间外差光谱仪；基

3、频；光谱混叠中图分类号：0433．4文献标识码：ADOI：10．3964／i．issn．1000—0593(2015)04—1116—04对窄带滤光片进行特性分析是正确评价仪器光谱混淆测量程引言度的重要手段。空间外差光谱仪是在传统的迈克尔逊干涉仪的基础上，1系统结构与原理用光栅代替两臂的平面反射镜发展而来的[1]，因此它集综合空间调制干涉技术和光栅衍射技术于一体，具有高光通空间外差干涉原理如图1所示，对于输入的一个单色量、高光谱分辨率和无运动部件的优点，特别适用于航天航光，将在基频两边产生两个s

4、inc函数，这是由于干涉图的余空环境中复杂背景下微量气体成分的定量探测L3。]。弦对称性引起的，即O'o一和。+将产生相同的输出。传统的时间或空间调制型傅里叶变换光谱仪基于双光束传统的傅里叶光谱仪对光谱波数的绝对值进行测量，负波数干涉原理，光谱范围是从零波数开始，时间调制型光谱仪光在物理上不存在可以忽略；而在空问外差干涉系统中，测量谱范围取决于采样频率，不利于获取快速变化的光谱信息；而空间调制型光谱仪采样干涉图像通过面阵探测器实现，且干涉条纹正比于波数，零波数形成零空间频率条纹，实际工作光谱范围

5、总是从零波数至待检测光谱波数，无法在极短光谱范围内获得超高光谱分辨率的光谱探测。空间外差光谱仪利用光栅的特定衍射级，可以在任何波段选取一确定的基频波长范围内，对该范围内的波长形成干涉条纹，实现超高分辨率的光谱测量『8J。理论上，空间外差光谱仪可以对基频左右的任意波长形成干涉条纹，即对Eo，面]和[，cx。]范围内的光谱进行空间调制，因此光谱仪的有效光谱范围由窄带滤光片和探测器光谱维的像元数与采样频率决定。对于既定探测器，仪器的理论光谱响应由窄带滤光片的镀膜曲线决定，且窄带滤光片的陡度直接影响仪器

6、在高频和低频处光谱混叠的程度，因此，Fig．1SchematicdiagramofthebasicSHSconfiguration收稿日期：2014—01—23，修订日期：2014-04—06基金项目：国家自然科学基金项目(41301373)资助作者简介：罗海燕，女，1982年生，中国科学院安徽光学精密机械研究所博士研究生第4期光谱学与光谱分析1117的是波数的外差频率，负波数是存在的，在无滤光片约束的l2条件下傅里叶变换复原光谱对基频波长正负波数差绝对值相lO同的入射信号，其光谱复原信息完全相

7、同存在光谱混叠，因8此需采取必要的措施加以消除。如图1所示，在准直镜头出射波前或成像镜头人射波前吞6的平面波处设置滤光片，对产生负波数或正波数外差频率及4超过探测器采样范围外的高频信号的光谱进行有效滤波。2以氧气含量探测试验装置为研究对象，根据空间外差光O谱仪应用指标所需的有效光谱带宽、现有探测器水平、基频0510152O25303540455O与及干涉图像的光谱复原能力等条件，对仪器所需的窄带滤Rownumbers光片指标进行优化设计，并依据实测透过率曲线，对光谱仪Fig．2Therecove

8、redspectrumwiththesuperposition参数进行调节，使得在窄带滤光片有效波长范围内，仪器光ofbothsidesfromtheLittrowwave谱定标以及复原光谱信息的有效真实。(2)根据采样定理，CCD在光栅色散方向上，即光谱维Table1ListofSHSprototypeparts采样数目限定了干涉条纹的最大空间频率。对于光谱维像元数为N的探测器，从基频至N／2条干涉条纹对应的光谱输入信号可以被采集，更高空间频率的光谱输入信号则成为高Z0频混叠信号进入系统，2即