[發明專利]雙衍射級次Offner成像光譜儀

無效

• 申請號: 201310521220.4
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN103592024A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 方偉;張浩;葉新
• 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
• 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

本發明屬于高光譜成像技術領域，涉及一種使用雙波段探測器的、雙衍射級次共路探測的Offner成像光譜儀。

背景技術

Offner凸面光柵光譜成像系統是在反射式Offner中繼光學系統的基礎上發展起來的，它用凸面衍射光柵代替Offner中繼光學系統中的凸面反射鏡，實現對發散復色光束的色散和分離。Offner凸面光柵光譜成像系統具有結構簡單、體積小、重量輕、色散均勻、譜線彎曲微弱和色畸變小等優點。傳統的光柵型寬波段成像光譜儀一般使用分色器首先把復色光分成兩個不同波段，然后再使用兩個獨立的色散光路系統分別處理；或者使用一個共同的寬波段色散光路，但在衍射光聚焦前使用分色器把一、二級衍射分離開，再分別使用兩個光電探測器接收。雙光路結構使用兩套光路系統，體積大，使用資源多。傳統單光路雙衍射級次結構在光學系統的后截距光路中加入分色器及兩片光電探測器，相對于單光路單衍射級次結構，在一定程度上增加了光學設計難度和系統體積。更重要的是，雙光路結構和單光路雙衍射級次結構使用分色器及兩片光電探測器，無法避免的裝調誤差破壞了兩探測器空間方向像元的對準，增加了后期圖像處理的難度。近年來出現了使用雙槽面衍射光柵的寬光譜單衍射級次成像光譜儀。此種雙槽面衍射光柵是在傳統的鋸齒槽型光柵的基礎上改進而來，通過把單斜槽面拆分成兩個不同指向的子斜槽面來實現對兩個角度即兩個波長的閃耀，從而擴展了一級衍射光譜范圍。由于需要在焦平面上實現寬光譜、長線色散成像，因而增加了光譜維方向離軸像差的校正難度，限制了光譜分辨率的提高；同時雙面閃耀光柵在一級衍射的短波端的較長區間內，衍射效率僅維持在10%～20%之間。

現有的單衍射級次Offner成像光譜儀由Offner凸面光柵光譜成像系統和單波段面陣光電探測器組成。Offner凸面光柵光譜成像系統包括：入射狹縫、二級及二級以上衍射級次截止的濾光片、第一凹球面反射鏡、凸球面光柵和第二凹球面反射鏡；入射光通過入射狹縫前通過二級及二級以上衍射級次截止的濾光片，將二級及二級以上衍射光片濾掉后進入光路結構，經過第一凹球面反射鏡會聚，會聚光線通過光柵后發生色散；色散后的衍射光線通過第二凹球面反射鏡出射匯聚到單波段面陣光電探測器上。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種雙衍射級次Offner成像光譜儀，該光譜儀在保證足夠高的光柵衍射效率及不增加光學系統設計和裝調難度的前提下實現成像光譜儀的寬波段工作。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

雙衍射級次Offner成像光譜儀，該光譜儀包括：Offner凸面光柵光譜成像系統和雙波段面陣光電探測器，將現有Offner凸面光柵光譜成像系統中的二級及二級以上衍射級次截止的濾光片替換成三級及三級以上衍射級次截止的濾光片；雙波段面陣光電探測器由兩種不同響應波段的光敏元同軸疊層或者平行隔行制作而成；Offner凸面光柵光譜成像系統中的光柵同時使用一級和二級衍射光作為有效工作級次，雙波段面陣光電探測器同時、分別接收對應的一級和二級衍射光。

本發明的有益效果是：本發明仍沿用傳統單衍射級次Offner凸面光柵光譜成像系統的基本結構，但把入射狹縫前的對二級及二級以上衍射級次截止的濾光片更換成對三級及三級以上衍射級次截止的濾光片，同時使用與光柵的一、二級衍射譜段相匹配的雙波段面陣光電探測器代替傳統的單波段面陣光電探測器，實現一二級衍射波段的同時、全共路探測；此種雙衍射級次共路探測結構把作為雜散光的二級光譜變為工作光，提高了能量利用率和雜散光抑制能力、擴展了工作光譜范圍；二級光譜相對一級光譜具有更弱的偏振靈敏度，有助于降低儀器的整體偏振靈敏性；雙波段探測器發揮了分色器作用，相對于使用分色器的分波段探測方式，簡化了光路結構，降低了儀器體積和重量，并且自動實現兩個波段的空間維像素的對齊及一二級衍射倍頻波長的對準；光學系統設計只需在一級衍射波長內優化，二級衍射不需單獨設計，因其波長相對較短，會自動實現更高的成像質量。

附圖說明

圖1為MWIR（Medium-WaveInfrared中波紅外）/LWIR（Long-Wave?Infrared長波紅外）雙衍射級次Offner成像光譜儀的系統結構圖。

圖2為本發明MWIR/LWIR雙衍射級次Offner成像光譜儀的光柵衍射效率曲線。

圖3為本發明MWIR/LWIRHgCdTe雙波段紅外焦平面陣列的光譜響應曲線。