[发明专利]棱镜和光栅级联色散双通道高分辨率光谱成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及航天光学技术领域，具体涉及一种棱镜和光栅级联色散双通道高分辨率光谱成像系统。

背景技术

航天遥感成像光谱仪是一种用于新型空间光学遥感仪器，在陆地和海洋观测中得到成功应用，受到科学家的青睐。航天遥感成像光谱仪光学系统由望远成像系统和光谱成像系统两部分组成，二者通过入射狭缝有机地连接在一起，望远成像系统的作用是把目标的一个条带成像在光谱成像系统的入射狭缝上，光谱成像系统把入射狭缝进行色散，分波长成像在探测器焦平面上，光谱成像系统是航天遥感成像光谱仪的核心，航天遥感成像光谱仪的光谱分辨率完全由光谱成像系统决定，航天遥感成像光谱仪的空间分辨率也与光谱成像系统密切相关，光谱成像系统的光学结构直接影响着整个航天遥感成像光谱仪的性能、体积和质量等。

目前，现有的光谱成像系统采用的是单一的棱镜色散（如英国Sira公司研制的CHRIS），或者是单一的光栅色散（如美国TRW公司研制的Hyperion），这两种结构的光谱成像系统的光谱分辨率都很低，仅为几纳米到几十纳米，只需要一个探测器就可以接收一个宽波段内的光谱，因此，上述采用单一色散的光谱成像系统仅适合对光谱分辨率要求不高的陆地和海洋观测应用，而航天大气成份（如NO₂和SO₂等）探测领域要求成像光谱仪的光谱分辨率≤0.5nm，波段为250～750nm，较高的光谱分辨率就要求光谱成像系统有较大的色散宽度，然而，受市售探测器的限制，一个探测器无法接收整个波段内的光谱，也就是说现有的采用单一色散的光谱成像系统无法实现高光谱分辨率与宽波段光谱同时探测的问题，因此迫切需要研制出一种能实现高光谱分辨率与宽波段光谱同时探测的问题。

发明内容

为了解决现有采用单一色散的光谱成像系统存在的高分辨率与宽波段光谱无法同时实现探测的问题，本发明提供一种棱镜和光栅级联色散双通道高分辨率光谱成像系统。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

棱镜和光栅级联色散双通道高分辨率光谱成像系统，其特征在于，该光谱成像系统包括入射狭缝、第一准直镜、色散棱镜、聚焦反射镜、分色片、平面折转镜、第一折转棱镜、第二准直镜、第一平面光栅、第一聚焦透镜组，第一探测器焦平面、第二折转棱镜、第三准直镜、第二平面光栅、第二聚焦透镜组和第二探测器焦平面；

所述入射狭缝和色散棱镜的入射面a均位于第一准直镜的焦平面上，所述分色片同时位于聚焦反射镜的焦平面和第二准直镜的焦平面上；

从入射狭缝出射的宽波段光束依次经第一准直镜准直、色散棱镜预色散后由聚焦反射镜分波长聚焦至分色片上，分色片对短波长光束c进行透射形成透射光束，对长波长光束d进行反射形成反射光束，透射光束依次经平面折转镜折转、第一折转棱镜折转、第二准直镜准直、第一平面光栅二次色散后由第一聚焦透镜组分波长聚焦成像在第一探测器焦平面上；反射光束依次经第二折转棱镜折叠、第三准直镜准直、第二平面光栅二次色散后由第二聚焦透镜组分波长聚焦成像至第二探测器焦平面上。

所述色散棱镜的顶角α满足：33°≤α≤37°。

所述第一准直镜和聚焦反射镜均为离轴抛物面镜，第一准直镜的曲率半径R₁与聚焦反射镜的曲率半径R₂之间的关系满足：1.5R₂≤R₁≤1.7R₂。

所述平面折转镜、第一折转棱镜、第二准直镜、第一平面光栅、第一聚焦透镜组和第一探测器焦平面组成通道一，通道一的波段范围为250～510nm；所述第二折转镜棱镜、第三准直镜、第二平面光栅、第二聚焦透镜和第二焦平面探测器组成通道二，通道二的波段范围为500～750nm。

所述第一折转棱镜的第一工作面e为透射面，第二工作面f为全反射面，第三工作面g为内反射面，第四工作面h为透射面，第二工作面e和第四工作面h位于同一平面上，第一折转棱镜的顶角β满足：25°≤β≤35°。

所述第二折转棱镜的第一工作面i为透射面，第二工作面j为内反射面，第三工作面k为全反射面，第四工作面l为透射面，第一工作面i和第三工作面k位于同一平面上，第二折转棱镜的顶角γ满足：20°≤γ≤30°。

所述第二准直镜和第三准直镜均为球面反射镜。

所述第一平面光栅和第二平面光栅均为闪耀光栅，第一平面光栅的闪耀波长为250～510nm；第二平面光栅的闪耀波长为500～750nm。