專利名稱：雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像光譜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大氣痕量氣體探測(cè)是監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境和進(jìn)行氣候研究的重要手段，臨邊成像光譜儀是一種用于大氣痕量氣體探測(cè)的新型空間光學(xué)遙感儀器，具有空間覆蓋范圍大和垂直分辨率高的特點(diǎn)，受到科學(xué)家的青睞。在紫外波段內(nèi)，大氣臨邊光譜輻亮度隨臨邊高度和波長(zhǎng)的變化較小，約為IO2 IO3量級(jí)，因此探測(cè)相對(duì)容易。但僅在紫外波段，許多大氣成分的探測(cè)受到限制，為了更好地實(shí)現(xiàn)地球大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的科學(xué)目標(biāo)，迫切需要發(fā)展寬波段大氣臨邊探測(cè)技術(shù)，波段越寬，可探測(cè)的大氣痕量氣體的種類就越多。但寬波段大氣臨邊探測(cè)比紫外大氣臨邊探測(cè)難度大的多，主要難點(diǎn)在于寬波段內(nèi)大氣臨邊光譜輻亮度隨臨邊高度和波 長(zhǎng)的變化范圍很大，在包含紫外波段的寬波段范圍(例如280 IOOOnm)內(nèi)，臨邊高度0 90km范圍內(nèi)，臨邊光譜輻亮度變化達(dá)到IO6量級(jí)，而一般的光電探測(cè)器(如CCD探測(cè)器和光電二極管探測(cè)器)的動(dòng)態(tài)范圍只有IO3 104，不能滿足探測(cè)要求。因此迫切需要解決寬波段大動(dòng)態(tài)范圍大氣臨邊成像光譜探測(cè)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決寬波段大動(dòng)態(tài)范圍臨邊成像光譜探測(cè)的問題，本發(fā)明的目的是提供一種雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀系統(tǒng)，可以有效解決寬波段大動(dòng)態(tài)范圍大氣痕量氣體臨邊成像光譜探測(cè)的問題。雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀系統(tǒng)，包括第一寬帶濾光片、第二寬帶濾光片、望遠(yuǎn)鏡、入射狹縫、準(zhǔn)直鏡、第一平面光柵、第二平面光柵、成像鏡、平面折轉(zhuǎn)鏡、第一面陣焦平面探測(cè)器和第二面陣焦平面探測(cè)器；光束經(jīng)第一寬帶濾光片和第二寬帶濾光片后分別對(duì)應(yīng)通過第一通道和第二通道，通過第一通道的光束經(jīng)望遠(yuǎn)鏡和入射狹縫后出射至準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直，所述經(jīng)準(zhǔn)直后的光束入射至第一平面光柵，經(jīng)第一平面光柵色散后的光束經(jīng)成像鏡成像在第一面陣焦平面探測(cè)器上；通過第二通道光束經(jīng)望遠(yuǎn)鏡和入射狹縫后出射至準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直，經(jīng)準(zhǔn)直的光束入射到第二平面光柵上，經(jīng)第二平面光柵色散后的光束經(jīng)成像鏡和平面折轉(zhuǎn)鏡折疊后入射在第二面陣焦平面探測(cè)器上。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所述的系統(tǒng)把要探測(cè)的寬波段臨邊光譜輻射亮度分成短波和長(zhǎng)波兩個(gè)波段，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)通道，兩個(gè)通道分別使用第一平面光柵和第二平面光柵，第一平面光柵和第二平面光柵都是閃耀光柵，具有較高的衍射效率，第一平面光柵和第二平面光柵共用望遠(yuǎn)鏡、入射狹縫、準(zhǔn)直鏡和成像鏡，這種雙光柵共光路的結(jié)構(gòu)減小了寬波段臨邊成像光譜儀的體積和重量，特別適合空間遙感應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明所述的雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I、第一寬帶濾光片,2、第二寬帶濾光片,3、第一通道,4、第二通道,5、望遠(yuǎn)鏡，6、入射狹縫，7、第一平面光柵，8、第二平面光柵，9、準(zhǔn)直鏡，10、成像鏡，11、第一面陣焦平面探測(cè)器，12、第二面陣焦平面探測(cè)器，13、平面折轉(zhuǎn)鏡。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀系統(tǒng)，利用雙光柵共光路分成第一通道3和第二通道4兩個(gè)通道實(shí)現(xiàn)寬波段大動(dòng)態(tài)范圍探測(cè)，包括第一寬帶濾光片I、第二寬帶濾光片2、望遠(yuǎn)鏡5、入射狹縫6、準(zhǔn)直鏡9、第一平面光柵7、第二平面光柵8、成像鏡10、平面折轉(zhuǎn)鏡13、第一面陣焦平面探測(cè)器11和第二面陣焦平面探測(cè)器12 ;所述第一寬帶濾光片I、第二寬帶濾光片2對(duì)應(yīng)第一通道3、第二通道4， 第一通道I和第二通道2的光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡5成像在入射狹縫6上，從入射狹縫6出射的光經(jīng)準(zhǔn)直鏡9準(zhǔn)直后入射到第一平面光柵7、第二平面光柵8上，經(jīng)光柵色散后入射到成像鏡10上，第一通道3的光經(jīng)成像鏡10成像到第一面陣焦平面探測(cè)器11上，第二通道4的光經(jīng)成像鏡10成像再經(jīng)平面折轉(zhuǎn)鏡13折疊后入射在第二面陣焦平面探測(cè)器12上。本實(shí)施方式所述的第一通道3和第二通道4的探測(cè)波段分別由第一寬帶濾光片I和第二寬帶濾光片2的透射波段決定，第一通道3的探測(cè)波段為短波，光信號(hào)弱，第二通道4的探測(cè)波段為長(zhǎng)波，光信號(hào)強(qiáng)。例如第一通道3的探測(cè)波段為280 510nm，第二通道4的探測(cè)波段為505 lOOOnm。為了平衡第一通道3和第二通道4的光信號(hào)，第一通道3的口徑大于第二通道4的口徑，例如第一通道3的口徑為8. 8mm,第二通道4的口徑為4. 6mm。達(dá)到增強(qiáng)弱信號(hào)的目的。本實(shí)施方式所述的第一通道3和第二通道4分別利用第一平面光柵7和第二平面光柵8，第一平面光柵7和第二平面光柵8共用望遠(yuǎn)鏡5、入射狹縫6、準(zhǔn)直鏡9和成像鏡10。望遠(yuǎn)鏡5為離軸拋物面，比如望遠(yuǎn)鏡5的半徑為137. 6mm，二次曲面系數(shù)為-1，離軸量為16. 86mm。準(zhǔn)直鏡9為離軸非球面鏡，比如準(zhǔn)直鏡9的半徑為324. 8mm，二次曲面系數(shù)為-2. 667,離軸量為19. 23mm。第一平面光柵7和第二平面光柵8均為閃耀光柵，比如第一平面光柵7的閃耀波長(zhǎng)為350nm，刻線密度為300 g/mm，第二平面光柵8的閃耀波長(zhǎng)為760nm，刻線密度為145 g/mm，成像鏡10為離軸非球面鏡，比如成像鏡10的半徑為329. 2mm,二次曲面系數(shù)為-I. 764，離軸量為48. 02mm。本實(shí)施方式所述的第一面陣焦平面探測(cè)器11和第二面陣焦平面探測(cè)器12為面陣CXD探測(cè)器，比如面陣CXD探測(cè)器為E2v公司的(XD47-20。
具體實(shí)施方式
二、本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式
一所述的雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)施例，本實(shí)施例的具體過程為寬波段臨邊成像光譜儀的視線對(duì)準(zhǔn)大氣臨邊某高度切線方向的大氣進(jìn)行觀測(cè)，2.4° X0. 02°的一個(gè)條帶的大氣臨邊輻射第一寬帶濾光片I、第二寬帶濾光片2分成兩個(gè)通道入射到望遠(yuǎn)鏡5上，第一通道3的波段范圍為280 510nm，第二通道4的波段范圍為505 lOOOnm，第一通道3的口徑為8. 8mm，第二通道4的口徑為4. 6mm，達(dá)到了增強(qiáng)弱信號(hào)的目的。兩個(gè)通道的光輻射經(jīng)離軸拋物面望遠(yuǎn)鏡5成像在同一入射狹縫6上，望遠(yuǎn)鏡5半徑為137. 6mm,入射狹縫6尺寸為2. 88mmX0. 024mm。從入射狹縫6出射的光經(jīng)準(zhǔn)直鏡9準(zhǔn)直后分別入射到第一平面光柵7和第二平面光柵8上，經(jīng)光柵色散后入射到同一成像鏡10上，第一通道3經(jīng)成像鏡10成像到第一面陣焦平面探測(cè)器11上，第二通道4經(jīng)成像鏡10再經(jīng)平面折轉(zhuǎn)鏡13折轉(zhuǎn)后成像到第二面陣焦平面探測(cè)器12上。第一平面光柵7的閃耀波長(zhǎng)為350nm，刻線密度300 g/mm，第二平面光柵8的閃耀波長(zhǎng)760nm，刻線密度145 g/mm。準(zhǔn)直鏡9和成像鏡10均為離軸雙曲面，二次曲面系數(shù)分別為-2. 667和-I. 766。整個(gè)臨邊成像光譜儀系統(tǒng)的焦距為68. 8_。第一面陣焦面探測(cè)器11、第二面陣焦面探測(cè)器12的像元尺寸為26MmX26Mm，像元數(shù)512X512。本實(shí)施方式中雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀對(duì)大氣臨邊0 90km的大氣進(jìn)行成像光譜探測(cè)，探測(cè)波段280 lOOOnm，臨邊垂直方向空間分辨力3km，280 505nm波段，光譜分辨力lnm，510 IOOnm波段，光譜分辨力2nm。臨邊探測(cè)儀探測(cè)的臨邊亮度隨臨邊高度和波長(zhǎng)的變化反應(yīng)了大氣痕量氣體的空間分布信息，通過對(duì)獲取的臨邊光譜數(shù)據(jù)信 息分析和處理，可以反演大氣痕量氣體的垂直分布信息，為大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)和氣候研究等提供重要數(shù)據(jù)支持。
權(quán)利要求
1.雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀系統(tǒng)，包括第一寬帶濾光片(I)、第二寬帶濾光片(2)、望遠(yuǎn)鏡(5)、入射狹縫(6)、準(zhǔn)直鏡(9)、第一平面光柵(7)、第二平面光柵(8)、成像鏡(10)、平面折轉(zhuǎn)鏡(13)、第一面陣焦平面探測(cè)器(11)和第二面陣焦平面探測(cè)器(12)；其特征是，光束經(jīng)第一寬帶濾光片(I)和第二寬帶濾光片(2 )后分別對(duì)應(yīng)通過第一通道(3 )和第二通道(4 )，通過第一通道(3 )的光束經(jīng)望遠(yuǎn)鏡(5 )和入射狹縫(6 )后出射至準(zhǔn)直鏡(9 )準(zhǔn)直，所述經(jīng)準(zhǔn)直后的光束入射至第一平面光柵(7 )，經(jīng)第一平面光柵(7 )色散后的光束經(jīng)成像鏡(10 )成像在第一面陣焦平面探測(cè)器(11)上；通過第二通道(4 )光束經(jīng)望遠(yuǎn)鏡(5 )和入射狹縫(6)后出射至準(zhǔn)直鏡(9)準(zhǔn)直，經(jīng)準(zhǔn)直的光束入射到第二平面光柵(8)上，經(jīng)第二平面光柵(8)色散后的光束經(jīng)成像鏡(10)和平面折轉(zhuǎn)鏡(13)折疊后入射在第二面陣焦平面探測(cè)器(12)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀系統(tǒng)，其特征在于，所述第一寬帶濾光片(I)和第二寬帶濾光片(2)的透射波段不同，第一通道(3)和第二通道 (4)的口徑不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀系統(tǒng)，其特征在于，所述望遠(yuǎn)鏡(5)為離軸拋物面鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀系統(tǒng)，其特征在于，所述準(zhǔn)直鏡(9)為離軸非球面鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀系統(tǒng)，其特征在于，所述成像鏡(10)為離軸非球面鏡。
全文摘要
雙光柵共光路寬波段臨邊成像光譜儀系統(tǒng)，涉及成像光譜技術(shù)領(lǐng)域，解決包含紫外波段的寬波段、大動(dòng)態(tài)范圍臨邊成像光譜探測(cè)的難題。包括兩個(gè)寬帶濾光片、、望遠(yuǎn)鏡、入射狹縫、準(zhǔn)直鏡、兩個(gè)平面光柵、成像鏡、平面折轉(zhuǎn)鏡和兩個(gè)面陣焦平面探測(cè)器；第一寬帶濾光片和第二寬帶濾光片對(duì)應(yīng)兩個(gè)通道，經(jīng)兩個(gè)通道的光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡成像在入射狹縫上，從入射狹縫出射的光經(jīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后分別入射到兩個(gè)平面光柵上，經(jīng)光柵色散后入射到成像鏡上，經(jīng)一通道的光經(jīng)成像鏡成像到第一面陣焦平面探測(cè)器上，經(jīng)另一通道的光經(jīng)成像鏡成像再經(jīng)平面折轉(zhuǎn)鏡折疊后入射在第二面陣焦平面探測(cè)器上。本發(fā)明適用于空間遙感大氣痕量氣體探測(cè)需要。
文檔編號(hào)G01N21/25GK102967560SQ20121048801
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者薛慶生, 王淑榮 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所