[实用新型]一种宽谱段高分辨率光谱色散装置

说明书

本实用新型涉及色散型光谱技术领域，特别是涉及一种宽谱段高分辨率光谱色散装置。装置包括沿光路依次设置的第一色散系统、像切分器、第一聚光模块、第二准直模块、第二色散系统及探测器；点目标通过光纤引入光谱仪系统，通过准直后进入第一色散系统进行分光，汇聚后在像切分器平面成像，通过像切分器将不同谱段光切分并沿不同角度反射，汇聚准直，进入第二色散系统进行第二次分光，成像在探测器面。能够实现宽谱段高分辨光谱色散，适用于物质成分分析，天文光学信号探测，大气风场测速等诸多领域。

技术领域

本实用新型涉及色散型光谱技术领域，特别是涉及一种宽谱段高分辨率光谱色散方法及光谱仪。

背景技术

光谱技术在遥感、生化、环保、天文、农业等多个领域都有着广泛的应用。对于光谱技术而言，其核心在于分光技术，目前的分光技术主要包括色散法分光、滤光片分光和干涉法分光。

滤光片是新发展起来的一种分光元件，具有结构简单、体积小、重量轻、光学设计简单等多种优势，但滤光片加工工艺不成熟。干涉型光谱仪技术成熟，并且能够在宽谱段下获得高的光谱分辨率。但高分辨率干涉型光谱仪受光路影响体积较大，无法实现小型化和轻量化。色散型光谱仪是目前应用最广泛的光谱技术。

其中色散型光谱仪中的分光元件主要包括棱镜、光栅或滤光片。棱镜结构简单，应用广泛，但体积和重量较大，色散不均匀；相比之下，光栅则体积小、重量轻、色散能力强被广泛用于光谱仪器中；滤光片分光受技术限制，实现宽谱段高分辨率光谱十分困难，并且成本高昂。

高分辨率色散型光谱仪存在探测器像元数造成的光谱谱段受限问题，一般采用线探测器拼接的方法或采用高分辨阶梯光栅和棱镜交叉色散的方法结合大面阵探测器实现。对于线阵探测器拼接的方法，其可实现的光谱范围和光谱分辨率难以摆脱探测器的限制，并且体积大、成本高。而高分辨阶梯光栅和棱镜交叉色散的方案中，高分辨阶梯光栅成本较高，棱镜的体积和重量大，使得光谱仪的体积、重量、成本均比较高，且交叉色散会导致光谱谱线弯曲，从而引起的各种系统误差，降低系统测量精度。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了宽谱段高分辨率光谱色散装置。解决了宽谱段高分辨率范围受探测器行或列像元限制以及宽谱段高分辨率光谱仪器体积和重量大、成本高等的问题。

本实用新型公开了一种宽谱段高分辨率光谱色散方法，包括以下步骤：

步骤一：将目标光准直后色散至探测器行像元或列像元方向上；

步骤二：将沿探测器行像元或列像元色散的光谱按照不同谱段反射至同一平面的不同行或列位置；

步骤三：将步骤二中反射光束汇聚准直后沿探测器行像元或列像元方向进行二次色散，将位于不同行或列的光谱谱段色散至探测器不同行或者列上。

优选地，上述目标为单个或多个点光源。

本实用新型提供的宽谱段高分辨率光谱色散装置，其特殊之处在于：包括沿光路依次设置的第一色散系统、像切分器、第一聚光模块、第二准直模块、第二色散系统及探测器；

上述第一色散系统包括沿光路依次设置的第一准直模块及第一色散模块；

第一准直模块将点目标扩展为面平行光进入第一色散模块进行分光，第一色散模块将面平行光沿探测器行像元或列像元方向色散，色散光束传播至像切分器，像切分器将色散光束进行切割，使不同谱段沿不同角度反射，反射方向垂直于第一色散模块色散方向；第一聚光模块将像切分器的反射光束进行汇聚后进入第二准直模块进行准直，获得不同谱段的平行光束；不同谱段的平行光束进入第二色散系统，第二色散系统将平行光沿探测器行像元或列像元方向进行二次色散，将位于不同行或列的光谱谱段色散至探测器不同行或者列上。

优选地，在第一色散模块与像切分器之间还包括汇聚镜，上述汇聚镜用于对第一色散模块的光束按照不同谱段进行汇聚。