[發明專利]一種寬波段太陽光譜輻照度監測裝置

有效

• 申請號: 201310213203.4
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103292905A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 方偉;高震宇;楊振嶺
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/30
• 分類號: G01J3/30;G01J3/02;G02B5/18
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明涉及光譜測量領域，具體涉及一種寬波段太陽光譜輻照度監測裝置。

背景技術

目前，太陽光譜輻照度監測儀有NASA航天飛機的SOLSPEC儀器系列，美國的SORCE任務，以及正在研究的美國的CLARREO項目以及歐空局的TRUTHS計劃的相關儀器。與本設計最接近的是歐空局的TRUTHS計劃的相關儀器，其結構如圖1所示，主要由積分球1、入射狹縫2、球面準直反射鏡3、平面光柵4、球面聚焦反射鏡5、分束器6和第一線陣探測器7、第二線陣探測器8組成。積分球1入口與兩入射狹縫2分別位于以積分球1為中心的三維坐標軸與積分球1交點處。光由積分球1入口入射，經兩入射狹縫2出射，并將全波段分為雙通道進行分光。在每一個通道，均采用切爾尼特納系統，即入射狹縫2出射的光經球面準直反射鏡3出射為平行光，經過平面光柵4一、二級衍射產生色散，再經過球面聚焦反射鏡5將其會聚成像，分束器6根據波長將光束分為兩部分，第一線陣探測器7、第二線陣探測器8分別位于兩部分光的像面位置。

上述系統中，兩通道光譜范圍分別為200-800nm和650-2500nm。對應兩個通道四塊線陣探測器探測范圍分別為200-400nm、400-800nm、650-1300nm、1300-2500nm。光譜分辨率在200-1000nm波段為0.5nm，在1000-2500nm波段為1nm。如果按照上述波段劃分，則1300-2500nm波段要達到1nm的光譜分辨率要求，則需要一塊至少包含1200像元數的線陣探測器，而在這個光譜范圍內，線陣探測器目前所能達到的僅僅是512像元數。

另外，在切爾尼特納系統中，由于像差的影響，寬光譜范圍和高光譜分辨率難以在大相對孔徑條件下同時獲得。當該系統應用于太陽光譜輻照度監測時，由于太陽光譜范圍寬，在確定線色散的條件下，增大相對孔徑會增大以球差慧差為主的各項像差，導致光譜分辨率下降，并影響像面上的能量分布，進而影響測量太陽光譜輻照度的準確性。

因此，如何利用現有線陣探測器以保證光譜分辨率以及如何在大相對孔徑條件下協調寬光譜范圍和高光譜分辨率是太陽光譜輻照度測量中需要解決的問題。

發明內容

為了解決現有太陽光譜輻照度監測裝置，無法利用現有線陣探測器實現目標光譜分辨率的問題，以及切爾尼特納系統在寬光譜范圍內大相對孔徑條件下，像差嚴重、光譜分辨率低的問題，本發明提供一種太陽光譜輻照度監測裝置。

一種寬波段太陽光譜輻照度監測裝置，該裝置為三通道并列拼接組成，每一通道包括；積分球、入射狹縫、主反射鏡、凸面光柵、次反射鏡、分束器、第一線陣探測器和第二線陣探測器，積分球置于整個光路的最前端，積分球入口與入射狹縫分別位于以球心為坐標原點的二維坐標軸與積分球表面交點處，入射狹縫出射的光經主反射鏡變為會聚光，所述會聚光經過凸面光柵反射發生一、二級衍射，衍射光經次反射鏡反射后經過分束器分為兩束光，所述兩束光分別在第一線陣探測器和第二線陣探測器上成像。

本發明的有益效果：采用三通道，每通道單獨配有積分球，可提高進入分光系統的光能量。六塊線陣探測器的結構，并且譜段根據現有線陣探測器規格劃分，可實現利用現有線陣探測器達到高光譜分辨率的要求。實現寬波段、高分辨率、全譜瞬態直讀的太陽光譜輻照度監測。采用高衍射效率的凸面光柵，凸面面型對系統中產生的像差進行補償，相比利用平面光柵的切爾尼特納系統，經過優化可以更好的抑制各類像差，實現大相對孔徑，高信噪比系統。結構簡單可靠，無活動部件。

附圖說明

圖1為現有TRUTHS計劃中太陽光譜輻照度監測儀的整體結構示意圖；

圖2為本發明的整體結構示意圖；

圖3為現有切爾尼特納系統分光光路結構示意圖；

圖4為本發明單一通道的分光光路剖視圖。

具體實施方式