[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于成像光譜儀定標(biāo)的便攜式多功能光源及定標(biāo)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011486576.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112857569A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白先勇;羅冰顯;王怡然;張志勇;馮志偉;鄧元勇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)
• 主分類(lèi)號(hào): G01J3/28
• 分類(lèi)號(hào): G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于成像光譜儀定標(biāo)的便攜式多功能光源及定標(biāo)方法。本發(fā)明多功能光源，包括發(fā)光裝置、工程散射片、吸收池；其中所述發(fā)光裝置，用于根據(jù)待定標(biāo)成像光譜儀的工作波段要求設(shè)置光源，為工程散射片提供入射光；所述工程散射片，用于接收入射光進(jìn)行擴(kuò)散以后，輸出強(qiáng)度均勻的面光源到所述吸收池；所述吸收池，用于利用接收的面光源激發(fā)吸收池內(nèi)的元素能級(jí)躍遷，得到用于待定標(biāo)成像光譜儀定標(biāo)的第三光源；其中根據(jù)待定標(biāo)成像光譜儀的光譜響應(yīng)范圍和分辨率，確定吸收池內(nèi)的成分、氣壓和長(zhǎng)度。本發(fā)明提供一種便攜式的、覆蓋波長(zhǎng)范圍廣且可調(diào)的、靈活可切換的高精度定標(biāo)光源，可以同時(shí)開(kāi)展成像光譜儀成像不均勻性、光譜分辨率和波長(zhǎng)定標(biāo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及遙感觀測(cè)領(lǐng)域，包括對(duì)天(太陽(yáng)、恒星等天體)、對(duì)地的成像的光譜觀測(cè)，涵蓋天地基空間環(huán)境、天文探測(cè)、大氣遙感觀測(cè)。特別涉及一種用于成像光譜型遙測(cè)設(shè)備的部件或全系統(tǒng)定標(biāo)的多功能光源系統(tǒng)，并提供了利用該裝置進(jìn)行整機(jī)光譜分辨率和波長(zhǎng)定標(biāo)的方法。

背景技術(shù)

按照探測(cè)器和探測(cè)對(duì)象之間的位置關(guān)系進(jìn)行分類(lèi)，現(xiàn)有的探測(cè)手段可以分為就位探測(cè)和遙感觀測(cè)兩類(lèi)。對(duì)于遙遠(yuǎn)天體、如太陽(yáng)、恒星或星系、太陽(yáng)系內(nèi)行星或類(lèi)地行星、乃至地球上地表特征信息的探測(cè)，通過(guò)獲取觀測(cè)目標(biāo)的成像或光譜輻射反演其溫度、密度、組成元素及豐度等參數(shù)，仍是遙感觀測(cè)的重要內(nèi)容。成像光譜儀是實(shí)現(xiàn)上述診斷的核心設(shè)備。然而，所有的成像光譜觀測(cè)設(shè)備都不可避免的會(huì)引入一些儀器自身的效應(yīng)，對(duì)這些儀器效應(yīng)的測(cè)量和改正精度，決定了最終探測(cè)溫度、密度等物理參數(shù)的精度。成像光譜儀包括成像和光譜兩種功能。成像功能的儀器效應(yīng)改正重點(diǎn)關(guān)注整機(jī)成像不均勻性；對(duì)于光譜功能，儀器效應(yīng)改正重點(diǎn)關(guān)注整機(jī)的光譜分辨本領(lǐng)、測(cè)量光譜的波長(zhǎng)準(zhǔn)確性。也就是說(shuō)，成像光譜儀器整機(jī)級(jí)別的校準(zhǔn)內(nèi)容包括成像不均勻性、光譜分辨本領(lǐng)、波長(zhǎng)定標(biāo)三個(gè)部分。對(duì)于成像光譜儀而言，目前多是每類(lèi)光源針對(duì)整個(gè)儀器某一方面進(jìn)行校準(zhǔn)。

成像的不均勻性，就是要以探測(cè)器(CCD或CMOS)像素為單元，成像光譜儀對(duì)準(zhǔn)均勻光源拍攝獲得，不均勻性覆蓋的尺度包括單像素級(jí)小尺度、局部或全視場(chǎng)的中、大尺度等。目前，成像不均勻性的校準(zhǔn)多采用積分球?qū)崿F(xiàn)。

光譜分辨本領(lǐng)是成像光譜儀對(duì)觀測(cè)譜線(xiàn)的分辨能力，分辨本領(lǐng)越高，越容易分辨出一些線(xiàn)寬較窄的譜線(xiàn)。測(cè)量基本原理是成像光譜儀對(duì)著已知譜線(xiàn)寬度的光源拍攝，如果光源發(fā)出的目標(biāo)譜線(xiàn)比成像光譜儀分辨能力高一個(gè)數(shù)量級(jí)，測(cè)量到的實(shí)際光譜寬度即為成像光譜儀的光譜分辨率本領(lǐng)。

波長(zhǎng)定標(biāo)，即為將成像光譜儀獲得的光譜信息進(jìn)行校準(zhǔn)，保證每條譜線(xiàn)對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)準(zhǔn)確反映來(lái)自觀測(cè)目標(biāo)的視向速度信息(多普勒效應(yīng))，一方面需要多條已知波長(zhǎng)的光譜，另一方面定標(biāo)燈還需覆蓋成像光譜儀的視場(chǎng)范圍。目前，波長(zhǎng)定標(biāo)可以采用汞氬燈或PtNe空心陰極燈等譜線(xiàn)燈的波長(zhǎng)定標(biāo)方法；利用高分辨率可調(diào)諧單色儀或可調(diào)諧激光器法。單色儀法和可調(diào)激光器法由于定標(biāo)裝置復(fù)雜，只能在實(shí)驗(yàn)室中使用，對(duì)于需要在戶(hù)外、野外或特定場(chǎng)所中完成調(diào)試的儀器，這兩類(lèi)方法都難以滿(mǎn)足定標(biāo)要求。

本發(fā)明涉及一種新型光源，既可以同時(shí)滿(mǎn)足成像光譜儀成像不均勻性、光譜分辨本領(lǐng)和波長(zhǎng)定標(biāo)的需求，同時(shí)又可以兼顧體積小、便攜特點(diǎn)，方便在實(shí)驗(yàn)室特別是外場(chǎng)開(kāi)展成像光譜儀的部件或整機(jī)定標(biāo)。這類(lèi)光源需要滿(mǎn)足四個(gè)條件：第一，光源譜段應(yīng)該包括和覆蓋儀器所設(shè)計(jì)的探測(cè)波段，從而實(shí)現(xiàn)在整個(gè)光譜范圍內(nèi)的波長(zhǎng)定標(biāo)；第二，譜線(xiàn)線(xiàn)寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于待定標(biāo)儀器的光譜分辨率，從而保證光譜分辨率定標(biāo)；第三，譜線(xiàn)的數(shù)量應(yīng)比較多，譜線(xiàn)的數(shù)量多意味著可作為參考的基準(zhǔn)值更多，從而保證波長(zhǎng)定標(biāo)的精度；第四，光源在成像光譜儀觀測(cè)視場(chǎng)內(nèi)具有很高的均勻性便于儀器成像不均勻以及不同視場(chǎng)波長(zhǎng)定標(biāo)的測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明的目的在于提供一種用于成像光譜儀定標(biāo)的便攜式多功能光源及定標(biāo)方法、系統(tǒng)。本發(fā)明光源是一種便攜式的、覆蓋波長(zhǎng)范圍廣且可調(diào)的、靈活可切換的高精度定標(biāo)光源，可以同時(shí)開(kāi)展成像光譜儀成像不均勻性、光譜分辨率和波長(zhǎng)定標(biāo)，避開(kāi)傳統(tǒng)定標(biāo)方法中每種定標(biāo)需要特定光源獨(dú)立進(jìn)行的現(xiàn)狀。