[發(fā)明專利]一種基于地球同步軌道觀測的差分吸收光譜儀光學(xué)系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011469449.4
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112683796A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江宇;司福祺;周海金;沈威;趙敏杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/31
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

1.一種基于地球同步軌道觀測的差分吸收光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：

所述的光學(xué)系統(tǒng)包括掃描鏡系統(tǒng)、前置望遠(yuǎn)成像系統(tǒng)和Offner光譜成像系統(tǒng)；

所述掃描鏡系統(tǒng)包括窗口(1)、掃擺鏡(2)；基于地球同步軌道探測天底目標(biāo)物信息經(jīng)窗口(1)，通過掃擺鏡(2)將波長為300nm-500nm的地物光譜信息引入到前置望遠(yuǎn)成像系統(tǒng)；

所述前置望遠(yuǎn)成像系統(tǒng)包括：主鏡(3)、孔徑光闌(4)、次鏡(5)和第三反射鏡(6)；所述前置望遠(yuǎn)成像系統(tǒng)中，掃擺鏡(2)出射后的探測光反射到主鏡(3)，經(jīng)過孔徑光闌(4)入射到次鏡(5)，再反射至第三反射鏡(6)，最后成像到入射狹縫(7)處；

其中所述Offner光譜成像系統(tǒng)，與前置望遠(yuǎn)成像系統(tǒng)探測譜段300-500nm匹配，形成單獨(dú)的光譜探測通道，具體包括入射狹縫(7)、濾光片(8)、退偏器(9)、平面折轉(zhuǎn)鏡(10)、第一凹面反射鏡(11)、凸面光柵(12)、第二凹面反射鏡(13)以及面陣探測器(14)；

當(dāng)前置望遠(yuǎn)成像系統(tǒng)將光譜探測波段300-500nm的光信息聚焦成像到入射狹縫(7)處，目標(biāo)光信息依次經(jīng)過入射狹縫(7)、濾光片(8)、退偏器(9)，然后經(jīng)過平面折轉(zhuǎn)鏡(10)實(shí)現(xiàn)光路轉(zhuǎn)折，入射到第一凹面反射鏡(11)，經(jīng)凸面光柵(12)色散分光后，再通過第二凹面反射鏡(13)，最后聚焦成像到面陣探測器(14)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地球同步軌道觀測的差分吸收光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：

所述光學(xué)系統(tǒng)的光譜探測波段為300nm-500nm，在Offner光譜成像系統(tǒng)中，設(shè)置第一凹面反射鏡(11)、凸面光柵(12)和第二凹面反射鏡(13)三個(gè)元件的位置，使其成像符合羅蘭圓，第一凹面反射鏡(11)和第二凹面反射鏡(13)按凸面光柵(12)呈上下對稱分布，第一凹面反射鏡(11)和第二凹面反射鏡(13)的曲率半徑相同或相差預(yù)定閾值以內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地球同步軌道觀測的差分吸收光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：

所述前置望遠(yuǎn)成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)為離軸三反望遠(yuǎn)鏡，包括三塊非球面反射鏡；其中主鏡(3)、次鏡(5)和第三反射鏡(6)均采用二次曲面設(shè)計(jì)；通過對孔徑光闌(4)進(jìn)行預(yù)定的傾斜，實(shí)現(xiàn)無中心遮攔，；設(shè)置孔徑光闌(4)位于次鏡(5)上，中心視場傾斜，光闌(4)不離軸。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地球同步軌道觀測的差分吸收光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：掃擺鏡(2)對天底觀測的東西方向進(jìn)行掃擺，將天底探測的光信息引入前置望遠(yuǎn)成像系統(tǒng)，掃擺鏡(2)具體材料選用碳化硅或者鈹鏡。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地球同步軌道觀測的差分吸收光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：前置望遠(yuǎn)成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足以下要求：①具有像方遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)；②與后端Offner光譜成像系統(tǒng)的凸面光柵分光系統(tǒng)數(shù)值孔徑匹配。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地球同步軌道觀測的差分吸收光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述的入射狹縫(7)、濾光片(8)、退偏器(9)依次設(shè)置在一個(gè)組件上，濾光片鍍帶通濾光膜，退偏器的厚度控制在1～2㎜，不影響空間分辨率探測。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地球同步軌道觀測的差分吸收光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述第一凹面反射鏡、(11)、第二凹面反射鏡(13)、均采用ULE光學(xué)玻璃、分別鍍金屬介質(zhì)膜，用于提升光學(xué)效率。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地球同步軌道觀測的差分吸收光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：前置望遠(yuǎn)成像系統(tǒng)的鏡片選用微晶玻璃或ULE；前置望遠(yuǎn)成像系統(tǒng)的鏡片選擇鍍金屬介質(zhì)膜，實(shí)現(xiàn)紫外可見寬波段的高光學(xué)效率反射。