一种双级次光谱凸面光栅光谱仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种双级次光谱凸面光栅光谱仪，该系统在由凸球面光栅和凹球面反射镜构成的同轴形式的光学系统后设置分光片，同时利用了凸球面光栅分光出的-1级次光谱和-2级次光谱。与传统凸面光栅光谱仪相比，该系统提高了光学效率以及光谱分辨率，降低了对于凸球面光栅的设计加工难度与系统加工装调的难度。本发明适用于机载或星载对地观测高分辨率光谱成像。
【专利说明】一种双级次光谱凸面光栅光谱仪
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种光谱成像的光学系统，具体是指一种用于机载或星载光谱成像系统中的凸面光栅光谱仪。
【背景技术】:
[0002]传统的凸面光栅光谱仪光学系统结构如附图1所示，通常由两片反射镜与一片凸面光栅组成，光线由狭缝入射，经第一反射镜反射，射向光栅，经光栅分光后，不同波长的光线经第二反射镜反射后成像在焦面处。系统的光学效率受到了光栅衍射效率的限制，这导致传统的凸面光栅光谱仪存在以下几个缺点:
[0003]1.在光谱仪工作波长范围内，光栅难以在全部波长处均保持高衍射效率。在某些波段，如工作波长范围的边缘处，光栅的衍射效率较低，使得光学效率变低，影响该波段成像质量，如附图2所示。
[0004]2.为了提高光栅的衍射效率，对于凸面光栅的栅槽轮廓、槽深、光栅常数等，均提出了较高的要求，提高了凸面光栅的设计、制造加工难度。
【发明内容】
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[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够充分利用光栅衍射效率，高光学效率的新型凸面光栅光谱仪。
[0006]为了达到上述目的，本发明的技术方案是:一种双级次光谱凸面光栅光谱仪，它的光路示意图如附图3所示。光谱仪由狭缝1、凸面反射光栅3、凹球面反射镜2、分光片4、探测器A5和探测器B6组成。
[0007]来自物方的光束通过狭缝1，射向凹球面反射镜2，经其反射到凸面反射光栅3，由光栅分光，反射出-1、-2级次光谱，再射向凹球面反射镜2，经反射到分光片4，由分光片分离，由两个探测器分别接收-1、-2级次的光谱图像；所述的光谱仪的工作波段划分为两个波段，所述的凸面反射光栅3的-1、-2级次光谱的衍射效率分别在这两个波段范围内保持高衍射效率，在分光片的透过截止波长处，对应的凸球面光栅的-1级次光谱衍射效率与-2级次光谱衍射效率近似相等；所述的两个探测器5，6的像元尺寸相同时，通过后期图像处理，
[0008]将像元叠加，实现-1、-2级次光谱图像的分辨率一致。
[0009]由于上述技术方案的使用，本发明的光学系统的优点是:采用了分离双级次光谱成像的设计，提高了系统的光学效率，降低了对于凸球面光栅3的设计加工难度；利用了 -2级次的光谱，提高了光谱分辨率；反射镜与凸面光栅同轴，面型是球面，降低了系统加工装调的难度；具备体积小、质量轻、谱线弯曲和色畸变小的优点。
【专利附图】
【附图说明】:
[0010]图1是传统凸面光栅光谱仪的光学系统光路示意图；[0011]图2是某传统凸面光栅光谱仪的凸球面光栅的衍射效率曲线；
[0012]图3是双级次光谱凸面光栅光谱仪的光学系统光路示意图；
[0013]图4是本发明具体实例中所述的双级次光谱凸面光栅光谱仪的光学系统结构图；
[0014]图5是本发明具体实例中所述的凸球面光栅的衍射效率曲线；
[0015]图6是本发明具体实例中所述的分光片透过率的简图；
[0016]图7是本发明具体实例与某传统凸面光栅光谱仪的光学效率曲线对比图。其中假设反射镜的效率为I。
【具体实施方式】:
[0017]根据本发明附图1中所示的光学系统结构，我们设计了一款凸面光栅光谱仪，其技术指标如下:
[0018]工作波段:0.4~Ιμπι;
[0019]像元尺寸:60μπι;
[0020]物面空间NA:0.I ;
[0021]狭缝长度:60mm;
[0022]平场像场大小:-1级次光谱60mm (空间维)X 4.5mm (光谱维)；
[0023]-2级次光谱60mm (空间维)X 5.4mm (光谱维)；
[0024]光谱分辨率:-1级次光谱0.55~I μ m，分辨率5nm ；
[0025]-2级次光谱0.4~0.65 μ m,分辨率2.5nm
[0026]系统的结构如附图4所示，凸球面光栅的衍射效率曲线如附图5所示，分光片的透过率曲线如附图6所示。探测器5上接收到-1级次光谱，波段范围是0.4~0.65 μ m ;探测器6上接收到-2级次光谱，波段范围是0.55~I μ m。其中0.55~0.65 μ m波段既有一部分经分光片反射成像在探测器6上，也有一部分透过分光片成像在探测器5上，需要进行叠加处理。系统的光学效率如附图7所示。
[0027]系统具体结构参数如下:
[0028]
【权利要求】
1.一种双级次光谱凸面光栅光谱仪，由狭缝(I)、凸面反射光栅(3)、凹球面反射镜(2)、分光片(4)、探测器A (5)和探测器B (6)组成，其特征在于: 来自物方的光束通过狭缝(1)，射向凹球面反射镜(2)，经其反射到凸面反射光栅(3)，由光栅分光，反射出-1、-2级次光谱，再射向凹球面反射镜(2)，经反射到分光片(4)，由分光片分离，由两个探测器分别接收-1、-2级次的光谱图像；所述的光谱仪的工作波段划分为两个波段，所述的凸面反射光栅(3)的-1、-2级次光谱的衍射效率分别在这两个波段范围内保持高衍射效率，在分光片的透过截止波长处，对应的凸球面光栅的-1级次光谱衍射效率与-2级次光谱衍射效率近似相等；所述的两个探测器(5，6)的像元尺寸相同时，通过后期图像处理，将像元叠加，实现-1、-2级次光谱图像的分辨率一致。
【文档编号】G01J3/28GK103674246SQ201310590962
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】王跃明, 郎均慰, 王建宇, 肖喜中, 陈杨, 鲍智康, 王晟玮, 庄晓琼, 黄文俊 申请人:中国科学院上海技术物理研究所