[發(fā)明專利]基于分波前雙閃耀平面反射光柵的光譜成像系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110375856A
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設計）人: 白清蘭;李立波;馮玉濤;鄒純博;劉歡
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01J3/28
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王楊洋

本發(fā)明涉及一種光譜成像技術(shù)，具體涉及一種基于分波前雙閃耀平面反射光柵的光譜成像系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有超寬光譜探測完成超寬光譜成像時儀器體積和重量過大的問題，提供一種基于分波前雙閃耀平面反射光柵的光譜成像系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括沿光線入射方向依次同軸排布的前置望遠鏡、狹縫、鏡像成像鏡頭、分波前雙閃耀平面反射光柵，以及位于狹縫平面上的第一、第二光學接收裝置；狹縫位于前置望遠鏡像面和鏡像成像鏡頭物面的重合處；分波前雙閃耀平面反射光柵的入射面為周期性三角形線槽刻劃面。該方法中分波前雙閃耀平面反射光柵將入射光束波前W反射并分成正級次閃耀波前W1和負級次閃耀波前W2兩部分并在光學接收裝置上成像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光譜成像技術(shù)，具體涉及一種基于分波前雙閃耀平面反射光柵的光譜成像系統(tǒng)及方法，也即色散型光譜成像系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

以光柵作為色散元件的光譜成像技術(shù)在遙感成像方面有著非常重要的應用價值，常用的光柵類型主要有平面光柵、凸面光柵和凹面光柵，不同的光柵需要采用不同的光學結(jié)構(gòu)型式以滿足不同的性能需求。其中平面光柵由于刻劃工藝成熟更是得到了廣泛的應用。

光譜成像系統(tǒng)中的平面光柵多采用反射式，反射式光柵可以定向閃耀，從而實現(xiàn)光譜儀能量的有效利用。典型的光路結(jié)構(gòu)由前置成像物鏡、狹縫、準直鏡、光柵、會聚鏡及面陣探測器組成。在遙感應用中光譜成像往往需要進行超寬譜段的探測，例如從可見光至短波紅外的光譜探測，通常情況下，受探測器接收譜段和光路結(jié)構(gòu)的限制，這種光路中的定向反射光柵只在一個方向閃耀，光柵入射面為周期性鋸齒狀線槽刻劃面，為了減小光能損失，一般會將光柵的刻劃面設計成短而陡的型式，但這種型式的光柵結(jié)構(gòu)難以在一套光路結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)超寬光譜的探測，而是需要兩套光學系統(tǒng)來完成，這使得儀器的體積和重量大為增加，在航天產(chǎn)品中是非常不利的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有超寬光譜探測中需要兩套光學系統(tǒng)來完成超寬光譜成像，導致儀器體積和重量過大的技術(shù)問題，而提供一種基于分波前雙閃耀平面反射光柵的光譜成像系統(tǒng)及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)解決方案如下：

一種基于分波前雙閃耀平面反射光柵的光譜成像系統(tǒng)，其特殊之處在于：包括沿光線入射方向依次同軸排布的前置望遠鏡、狹縫、鏡像成像鏡頭、分波前雙閃耀平面反射光柵，以及分別位于狹縫所在平面上的第一光學接收裝置和第二光學接收裝置；

所述前置望遠鏡的像方焦面和所述鏡像成像鏡頭的物方焦面位置相重合；

所述狹縫位于所述像方焦面和所述物方焦面的重合處；

所述分波前雙閃耀平面反射光柵的入射面為周期性三角形線槽刻劃面；所述周期性三角形線槽刻劃面由一個第一閃耀面和一個第二閃耀面形成一個周期；所述第一閃耀面的法線和第二閃耀面的法線分別與分波前雙閃耀平面反射光柵的法線形成正向衍射閃耀角r1和負向衍射閃耀角r2；

所述正向衍射閃耀角r1與第一閃耀面的衍射主極大的關(guān)系方程為：

2dsinr1cosr1＝m1λ；

所述負向衍射閃耀角r2與第二閃耀面的衍射主極大的關(guān)系方程為：

2dsinr2cosr2＝m2λ；

其中：

d為光柵常數(shù)，其值為一個三角形周期的水平長度；

m1為第一閃耀面的光柵衍射級次，m1＝0，1，2，…；

m2為第二閃耀面的光柵衍射級次，m2＝0，-1，-2，…；

λ為入射光束波前W的波長；

所述第一光學接收裝置和第二光學接收裝置分別位于狹縫的上下兩側(cè)，且位于分波前雙閃耀平面反射光柵的反射光路中。