[發(fā)明專利]一種錐衍射裝架Offner型分光裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610123443.9
• 申請(qǐng)日: 2016-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN105571713A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘俏;沈?yàn)槊?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J3/02
• 分類號(hào): G01J3/02;G01J3/28
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于短狹縫、寬色散范圍成像光譜儀的分光裝置。

背景技術(shù)

上世紀(jì)80年代出現(xiàn)成像光譜技術(shù)，該技術(shù)融合光譜遙感和空間成像，極大地拓寬了人們?cè)诤教爝b感領(lǐng)域、農(nóng)林資源探測(cè)、礦物資源與地質(zhì)勘探、軍事偵測(cè)、生物醫(yī)療等方面的應(yīng)用范圍。成像光譜儀分光裝置結(jié)構(gòu)可分為色散型、干涉型等，其中，采用凸面光柵的Offner型分光裝置由于其優(yōu)良的成像質(zhì)量，引起了深入的研究，并得到廣泛應(yīng)用。

Offner型分光裝置由Offner型中繼系統(tǒng)發(fā)展而來。N.C.Das最早提出用凸球面全息光柵代替Offner型中繼系統(tǒng)的次鏡，從而開啟了對(duì)Offner型成像光譜儀的研究。同心對(duì)稱的結(jié)構(gòu)使得該分光裝置具有相對(duì)孔徑大、譜線彎曲和色畸變小、易于裝調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。二十世紀(jì)末，F(xiàn)ischer和Chrisp先后提出改進(jìn)的Offner型成像光譜儀，之后，不少學(xué)者又進(jìn)一步發(fā)展和完善了這一結(jié)構(gòu)的理論。但該結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)在長狹縫、窄色散范圍時(shí)容易獲得，而短狹縫、寬色散范圍的情況下卻不易得到最優(yōu)解。因此，為了解決這一問題，2000年Reininger提出了錐衍射裝架Offner型分光裝置的設(shè)想，直到2007年L.Lucke才給出該結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)。這種結(jié)構(gòu)的分光裝置除了具有上述一般面內(nèi)衍射Offner型分光裝置的優(yōu)點(diǎn)，更適合于短狹縫、大色散范圍。

發(fā)明內(nèi)容

為了滿足成像光譜儀更廣泛的應(yīng)用需求，本發(fā)明的目的在于提供一種成像質(zhì)量良好、光譜分辨率高、結(jié)構(gòu)緊湊、易于加工裝調(diào)，適用于短狹縫、寬色散范圍的新型錐衍射裝架Offner型分光裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種錐衍射裝架Offner型分光裝置，它包括入射狹縫、凹球面反射鏡、凸球面光柵和像平面；其結(jié)構(gòu)為關(guān)于凹球面反射鏡和凸球面光柵它們的頂點(diǎn)所在的平面對(duì)稱；入射狹縫和像平面偏離凸球面光柵的頂點(diǎn)；凹球面反射鏡與凸球面光柵的曲率半徑之比為1.8∶1～2.2∶1。

在本發(fā)明中，凸球面光柵的入射光束和衍射光束所在的平面，與凸球面光柵的主截面所成夾角為α，且0°＜α＜180°。入射狹縫和像平面在空間上，關(guān)于凸球面光柵頂點(diǎn)和凹球面反射鏡頂點(diǎn)連線所在平面對(duì)稱。中心波長成像光束在凸球面光柵上的入射角和衍射角相等。

所述分光裝置的狹縫長度和色散寬度之比為1/30～1；分光裝置的F數(shù)的取值范圍為2.5≤F/#＜5。

分光裝置中，凹球面反射鏡的曲率半徑R1的取值范圍為-95mm＜R1＜-80mm。凸球面光柵的曲率半徑R2的取值范圍為-40mm＜R2＜-55mm。凸球面光柵為直線型或曲線型等間距槽光柵。

一個(gè)優(yōu)選的方案是：凹球面反射鏡與凸球面光柵的曲率半徑之比為2∶1。

本發(fā)明提供的錐衍射裝架Offner型分光裝置由一塊大凹面反射鏡和凸面光柵組成，兩者均為球面，同心共軸，凹面反射鏡和凸面光柵曲率半徑之比為1.8∶1～2.2∶1，滿足物、像方遠(yuǎn)心，適用于短狹縫、寬色散范圍。在本發(fā)明中，成像光束從入射狹縫進(jìn)入，經(jīng)凹球面反射鏡反射至凸球面光柵，經(jīng)凸球面光柵衍射的光束再次經(jīng)過凹球面反射鏡后，在像平面上形成色散的譜線。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)是：該光學(xué)系統(tǒng)狹縫短、色散范圍相對(duì)寬；光學(xué)系統(tǒng)光譜分辨率高，總光學(xué)元件少，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，易于加工和裝調(diào)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種錐衍射裝架Offner型分光裝置光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種錐衍射裝架Offner型分光裝置的光路主視圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種錐衍射裝架Offner型分光裝置的光路俯視圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種錐衍射裝架Offner型分光裝置的光路左視圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種錐衍射裝架Offner型分光裝置光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)左視圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種錐衍射裝架Offner型分光裝置的光線追跡點(diǎn)列圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種錐衍射裝架Offner型分光裝置的能量集中度曲線；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種錐衍射裝架Offner型分光裝置的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線。