[發明專利]棱鏡和光柵級聯色散雙通道高分辨率光譜成像系統

有效

• 申請號: 201310310702.5
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103389159A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 薛慶生;王淑榮
• 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: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G02B17/08
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 王丹陽

技術領域

本發明涉及航天光學技術領域，具體涉及一種棱鏡和光柵級聯色散雙通道高分辨率光譜成像系統。

背景技術

航天遙感成像光譜儀是一種用于新型空間光學遙感儀器，在陸地和海洋觀測中得到成功應用，受到科學家的青睞。航天遙感成像光譜儀光學系統由望遠成像系統和光譜成像系統兩部分組成，二者通過入射狹縫有機地連接在一起，望遠成像系統的作用是把目標的一個條帶成像在光譜成像系統的入射狹縫上，光譜成像系統把入射狹縫進行色散，分波長成像在探測器焦平面上，光譜成像系統是航天遙感成像光譜儀的核心，航天遙感成像光譜儀的光譜分辨率完全由光譜成像系統決定，航天遙感成像光譜儀的空間分辨率也與光譜成像系統密切相關，光譜成像系統的光學結構直接影響著整個航天遙感成像光譜儀的性能、體積和質量等。

目前，現有的光譜成像系統采用的是單一的棱鏡色散（如英國Sira公司研制的CHRIS），或者是單一的光柵色散（如美國TRW公司研制的Hyperion），這兩種結構的光譜成像系統的光譜分辨率都很低，僅為幾納米到幾十納米，只需要一個探測器就可以接收一個寬波段內的光譜，因此，上述采用單一色散的光譜成像系統僅適合對光譜分辨率要求不高的陸地和海洋觀測應用，而航天大氣成份（如NO₂和SO₂等）探測領域要求成像光譜儀的光譜分辨率≤0.5nm，波段為250～750nm，較高的光譜分辨率就要求光譜成像系統有較大的色散寬度，然而，受市售探測器的限制，一個探測器無法接收整個波段內的光譜，也就是說現有的采用單一色散的光譜成像系統無法實現高光譜分辨率與寬波段光譜同時探測的問題，因此迫切需要研制出一種能實現高光譜分辨率與寬波段光譜同時探測的問題。

發明內容

為了解決現有采用單一色散的光譜成像系統存在的高分辨率與寬波段光譜無法同時實現探測的問題，本發明提供一種棱鏡和光柵級聯色散雙通道高分辨率光譜成像系統。

本發明為解決技術問題所采用的技術方案如下：

棱鏡和光柵級聯色散雙通道高分辨率光譜成像系統，其特征在于，該光譜成像系統包括入射狹縫、第一準直鏡、色散棱鏡、聚焦反射鏡、分色片、平面折轉鏡、第一折轉棱鏡、第二準直鏡、第一平面光柵、第一聚焦透鏡組，第一探測器焦平面、第二折轉棱鏡、第三準直鏡、第二平面光柵、第二聚焦透鏡組和第二探測器焦平面；

所述入射狹縫和色散棱鏡的入射面a均位于第一準直鏡的焦平面上，所述分色片同時位于聚焦反射鏡的焦平面和第二準直鏡的焦平面上；

從入射狹縫出射的寬波段光束依次經第一準直鏡準直、色散棱鏡預色散后由聚焦反射鏡分波長聚焦至分色片上，分色片對短波長光束c進行透射形成透射光束，對長波長光束d進行反射形成反射光束，透射光束依次經平面折轉鏡折轉、第一折轉棱鏡折轉、第二準直鏡準直、第一平面光柵二次色散后由第一聚焦透鏡組分波長聚焦成像在第一探測器焦平面上；反射光束依次經第二折轉棱鏡折疊、第三準直鏡準直、第二平面光柵二次色散后由第二聚焦透鏡組分波長聚焦成像至第二探測器焦平面上。

所述色散棱鏡的頂角α滿足：33°≤α≤37°。

所述第一準直鏡和聚焦反射鏡均為離軸拋物面鏡，第一準直鏡的曲率半徑R₁與聚焦反射鏡的曲率半徑R₂之間的關系滿足：1.5R₂≤R₁≤1.7R₂。

所述平面折轉鏡、第一折轉棱鏡、第二準直鏡、第一平面光柵、第一聚焦透鏡組和第一探測器焦平面組成通道一，通道一的波段范圍為250～510nm；所述第二折轉鏡棱鏡、第三準直鏡、第二平面光柵、第二聚焦透鏡和第二焦平面探測器組成通道二，通道二的波段范圍為500～750nm。

所述第一折轉棱鏡的第一工作面e為透射面，第二工作面f為全反射面，第三工作面g為內反射面，第四工作面h為透射面，第二工作面e和第四工作面h位于同一平面上，第一折轉棱鏡的頂角β滿足：25°≤β≤35°。

所述第二折轉棱鏡的第一工作面i為透射面，第二工作面j為內反射面，第三工作面k為全反射面，第四工作面l為透射面，第一工作面i和第三工作面k位于同一平面上，第二折轉棱鏡的頂角γ滿足：20°≤γ≤30°。

所述第二準直鏡和第三準直鏡均為球面反射鏡。

所述第一平面光柵和第二平面光柵均為閃耀光柵，第一平面光柵的閃耀波長為250～510nm；第二平面光柵的閃耀波長為500～750nm。