專利名稱：一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，星載成像光譜儀通常因采用光柵、分色片等對偏振敏感的光學(xué)元件而使儀器具有較大的偏振響應(yīng)。在地面進行輻射定標時采用的定標光源(例如，鹵鎢燈和積分球等)為非偏振光，地面標定的儀器的光譜輻亮度響應(yīng)度為R(X)。星載成像光譜儀在軌測量時，儀器接收的是經(jīng)過大氣散射的偏振光，由于儀器的偏振響應(yīng)，儀器在軌的實際光譜輻亮度響應(yīng)度&(入)就會與地面標定的儀器的光譜輻亮度響應(yīng)度R(X)存在較大差異，嚴重影響儀器的測量精度。為了降低偏振響應(yīng)的影響，美國的臭氧繪圖和廓線儀(OMPS)和歐空局的臭氧總量監(jiān)測儀(OMI)等成像光譜儀使用消偏器把入射的偏振光變成非偏振光，然而，消偏器引入的像差和多像會降低成像光譜儀的成像質(zhì)量，從而降低成像光譜儀的空間分辨率和光譜分辨率，因此迫切需要解決在不影響星載成像光譜儀成像質(zhì)量的前提下降低儀器偏振響應(yīng)對儀器測量精度的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有成像光譜儀的測量精度受偏振響應(yīng)的影響存在較大誤差，并且由于測量系統(tǒng)中引入消偏器而導(dǎo)致降低成像質(zhì)量的問題，提供一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)。一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)，利用布儒斯特棱鏡同時作為分光和偏振元件實現(xiàn)在星載成像光譜儀在軌偏振測量；包括孔徑光闌、望遠鏡、入射狹縫、準直鏡、布儒斯特棱鏡、聚焦鏡、平面折轉(zhuǎn)鏡和焦平面探測器；入射光束經(jīng)孔徑光闌入射至望遠鏡上，經(jīng)望遠鏡成像在入射狹縫上，入射光束經(jīng)入射狹縫出射后入射至準直鏡，經(jīng)準直鏡準直后變成平行準直光束入射至布儒斯特棱鏡上，經(jīng)布儒斯特棱鏡出射的色散偏振平行光束入射到聚焦鏡上，經(jīng)聚焦鏡聚焦再經(jīng)平面折轉(zhuǎn)鏡折疊光路后聚焦到焦平面探測器上，實現(xiàn)對光束的偏振測量。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所述的系統(tǒng)可以在軌實時測量出入射光的偏振特性，然后通過對儀器的偏振響應(yīng)進行校正，使成像光譜儀的測量精度不受偏振響應(yīng)的影響。本發(fā)明提出的在軌偏振測量系統(tǒng)與現(xiàn)有的在成像光譜儀光路中插入消偏器的方法相比，具有不影響成像光譜儀自身成像質(zhì)量的優(yōu)點。本發(fā)明所述的系統(tǒng)中采用布儒斯特棱鏡作為偏振分光元件，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，這種在軌偏振測量系統(tǒng)，特別適合與星載成像光譜儀搭配使用，實時測量入射光的偏振特性，提高成像光譜儀的測量精度。


圖1為本發(fā)明所述的一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明所述的一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)中布儒斯特棱鏡的前視圖。圖中:1、孔徑光闌，2、望遠鏡，3、入射狹縫，4、準直鏡，5、布儒斯特棱鏡，6、聚焦鏡，
7、平面折轉(zhuǎn)鏡，8、焦平面探測器，a、第一工作表面，b、第二工作表面，C、第三工作表面，d、第四工作表面。
具體實施例方式具體實施方式
一、結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)，利用布儒斯特棱鏡5同時作為分光和偏振元件來實現(xiàn)在星載成像光譜儀在軌偏振測量；該系統(tǒng)包括孔徑光闌1、望遠鏡2、入射狹縫3、準直鏡4、布儒斯特棱鏡5、聚焦鏡6、平面折轉(zhuǎn)鏡7和焦平面探測器8。該系統(tǒng)按xyz右手空間坐標系有序排列，z軸方向定為光軸方向，χ軸垂直于yz平面，yz平面為系統(tǒng)的子午面，入射狹縫3的長度方向沿χ軸方向，入射狹縫寬度方向沿y軸方向。入射光束經(jīng)孔徑光闌I入射到望遠鏡2上，經(jīng)望遠鏡2成像在入射狹縫3上，從入射狹縫3出射后入射到準直鏡4上，經(jīng)準直鏡4準直后變成平行準直光束入射到布儒斯特棱鏡5的第一工作表面a上，從第一工作表面a透射后入射到第二工作表面b上，第二工作表面b滿足布儒斯特入射要求，振動方向平行于入射狹縫3長度方向的S偏振光經(jīng)第二工作表面b反射后入射到第三工作表面c上，經(jīng)第三工作表面c反射后從第四工作表面d出射，出射的色散偏振平行光束入射到聚焦鏡6上，經(jīng)聚焦鏡6聚焦再經(jīng)平面折轉(zhuǎn)鏡7折疊光路后聚焦到焦平面探測器8上，實現(xiàn)對光束的測量。本實施方式所述的望遠鏡2與準直鏡4的反射面相對排列，準直鏡4的反射面與布儒斯特棱鏡5的入射面相對排列，布儒斯特棱鏡5的出射面與聚焦鏡6的反射面相對排列，聚焦鏡6的反射面與平面折轉(zhuǎn)鏡7的反射面相對排列，平面折轉(zhuǎn)鏡7與焦平面探測器8的像面相對排列。本實施方式所述的孔徑光闌I位于望遠鏡2的物方焦平面上，在入射狹縫3上形成像方遠心，所述準直鏡4與望遠鏡2為離軸拋物面鏡，準直鏡4的曲率半徑與望遠鏡2的曲率半徑相同，準直鏡4的離軸量與望遠鏡2的離軸量相同。本實施方式所述的布儒斯特棱鏡5為熔石英材料，棱鏡的頂角α可根據(jù)探測的波段選擇，布儒斯特棱鏡5有四個工作表面，第一工作表面a為透射表面，第二工作表面b滿足布儒斯特角入射要求，第三工作表面c為反射表面，第四工作表面d為透射表面，第二工作表面b與第四工作表面d共面。所述布儒斯特棱鏡5第一工作表面a與第二工作表面b的夾角為布儒斯特棱鏡5的頂角，所述布儒斯特棱鏡5的頂角α的取值范圍為大于等于33°，小于等于37°。本實施方式所述的聚焦鏡6為球面反射鏡，聚焦鏡6與焦平面探測器8之間用一個平面折轉(zhuǎn)鏡7折疊光路，減小系統(tǒng)的體積和重量國所述的焦平面探測器8為線陣列探測器，陣列長度方向為光譜色散方向；焦平面探測器8接收到的為振動方向平行于狹縫長度方向的S偏振光的光譜福射能量。
具體實施方式
二、本實施方式為具體實施方式
一所述的一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)的實施例:本實施例所述的星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)與用于大氣探測的成像光譜儀搭配使用，用來測量入射光的偏振特性，從而對成像光譜儀的偏振響應(yīng)進行修正。星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)的工作波段為320 500nm，視場角為1.8° X0.045°的大氣散射光輻射，經(jīng)孔徑光闌和離軸拋物面望遠鏡成像在入射狹縫上，孔徑光闌口徑為Φ 31_，離軸拋物面望遠鏡的焦距240.269mm,離軸量35mm，入射狹縫尺寸為7.55mmX0.19mm,準直鏡也為離軸拋物面，焦距和離軸量與望遠鏡相同。光束經(jīng)準直鏡準直后入射到布儒斯特棱鏡上，布儒斯特棱鏡采用熔石英材料，棱鏡頂角α為35°。經(jīng)布儒斯特棱鏡色散的偏振平行光束經(jīng)球面聚焦鏡和平面折轉(zhuǎn)鏡聚焦在線陣焦平面探測器上，球面聚焦鏡的曲率半徑為266mm，線陣焦平面探測器的像元尺寸2.5mmX 25 μ m,像元數(shù)I X 1024，光譜分辨率5 IOnm0利用測得入射光的偏振特性，對成像光譜儀的偏振響應(yīng)進行修正，提高用于大氣探測的成像光譜儀的測量精度，從而更好地為天氣預(yù)報和大氣環(huán)境監(jiān)測服務(wù)。為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清晰，上述實施例為對本發(fā)明進一步說明，應(yīng)當理解，所述的實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)，包括孔徑光闌(I)、望遠鏡(2)、入射狹縫(3)、準直鏡(4)、布儒斯特棱鏡(5)、聚焦鏡(6)、平面折轉(zhuǎn)鏡(7)和焦平面探測器(8);其特征是，利用布儒斯特棱鏡(5)同時作為分光和偏振元件實現(xiàn)在星載成像光譜儀在軌偏振測量; 入射光束經(jīng)孔徑光闌(I)入射至望遠鏡(2)上，經(jīng)望遠鏡(2)成像在入射狹縫(3)上，入射光束經(jīng)入射狹縫(3)出射后入射至準直鏡(4)，經(jīng)準直鏡(4)準直后變成平行準直光束入射至布儒斯特棱鏡(5)上，經(jīng)布儒斯特棱鏡(5)出射的色散偏振平行光束入射到聚焦鏡(6)上，經(jīng)聚焦鏡(6)聚焦再經(jīng)平面折轉(zhuǎn)鏡(7)折疊光路后聚焦到焦平面探測器(8)上，實現(xiàn)對光束的偏振測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)，其特征在于，所述布儒斯特棱鏡(5)包括四個工作表面，準直光束入射至第一工作表面(a)上，經(jīng)第一工作表面(a)透射后入射到第二工作表面(b)上，準直光束中振動方向平行于入射狹縫(3)長度方向的S偏振光經(jīng)第二工作表面(b)反射后入射到第三工作表面(C)上，經(jīng)第三工作表面(C)反射后經(jīng)第四工作表面(d)出射，出射的色散偏振平行光束入射到聚焦鏡(6)上，經(jīng)聚焦鏡(6 )聚焦再經(jīng)平面折轉(zhuǎn)鏡(7 )折疊光路后聚焦到焦平面探測器(8 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)，其特征在于，所述布儒斯特棱鏡(5)第一工作表面(a)與第二工作表面(b)的夾角為布儒斯特棱鏡(5)的頂角，所述布儒斯特棱鏡(5)的頂角(α)的取值范圍為大于等于33°，小于等于37°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一工作表面(a)為透射表面,第三工作表面c為反射表面,第四工作表面(d)為透射表面，第二工作表面(b)與第四工作表面(d)共面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)，其特征在于，所述準直鏡(4)與望遠鏡(2)為離軸拋物面鏡，準直鏡(4)的曲率半徑與望遠鏡(2)的曲率半徑相同，準直鏡(4)的離軸量與望遠鏡(2)的離軸量相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)，其特征在于，所述焦平面探測器(8)為線陣列探測器，光譜的色散方向與線陣列探測器的線陣長度長向相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)，其特征在于，所述孔徑光闌(I)位于望遠鏡(2)的物方焦平面上，在入射狹縫(3)上形成像方遠心。
全文摘要
一種星載成像光譜儀在軌偏振測量系統(tǒng)，涉及空間光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有的星載成像光譜儀因采用消偏振器而導(dǎo)致成像質(zhì)量降低的問題。包括孔徑光闌、望遠鏡、入射狹縫、準直鏡、布儒斯特棱鏡、聚焦鏡、平面折轉(zhuǎn)鏡和焦平面探測器。目標光束經(jīng)所述孔徑光闌入射到望遠鏡上，經(jīng)望遠鏡成像在入射狹縫上，從入射狹縫出射的光經(jīng)準直鏡準直后入射到布儒斯特棱鏡上，振動方向平行于狹縫長度方向的S偏振光經(jīng)布儒斯特棱鏡色散和偏振分光后入射到聚焦鏡上，經(jīng)聚焦鏡聚焦并經(jīng)過平折轉(zhuǎn)鏡折轉(zhuǎn)后成像到面陣焦平面探測器上。本發(fā)明適用于空間遙感大氣探測和海洋水色探測需要。
文檔編號G01J4/00GK103175612SQ20131006683
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者薛慶生, 王淑榮 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所