[发明专利]基于分波前双闪耀平面反射光栅的光谱成像系统及方法

说明书

本发明涉及一种光谱成像技术，具体涉及一种基于分波前双闪耀平面反射光栅的光谱成像系统及方法。本发明的目的是解决现有超宽光谱探测完成超宽光谱成像时仪器体积和重量过大的问题，提供一种基于分波前双闪耀平面反射光栅的光谱成像系统及方法。该系统包括沿光线入射方向依次同轴排布的前置望远镜、狭缝、镜像成像镜头、分波前双闪耀平面反射光栅，以及位于狭缝平面上的第一、第二光学接收装置；狭缝位于前置望远镜像面和镜像成像镜头物面的重合处；分波前双闪耀平面反射光栅的入射面为周期性三角形线槽刻划面。该方法中分波前双闪耀平面反射光栅将入射光束波前W反射并分成正级次闪耀波前W1和负级次闪耀波前W2两部分并在光学接收装置上成像。

技术领域

本发明涉及一种光谱成像技术，具体涉及一种基于分波前双闪耀平面反射光栅的光谱成像系统及方法，也即色散型光谱成像系统及方法。

背景技术

以光栅作为色散元件的光谱成像技术在遥感成像方面有着非常重要的应用价值，常用的光栅类型主要有平面光栅、凸面光栅和凹面光栅，不同的光栅需要采用不同的光学结构型式以满足不同的性能需求。其中平面光栅由于刻划工艺成熟更是得到了广泛的应用。

光谱成像系统中的平面光栅多采用反射式，反射式光栅可以定向闪耀，从而实现光谱仪能量的有效利用。典型的光路结构由前置成像物镜、狭缝、准直镜、光栅、会聚镜及面阵探测器组成。在遥感应用中光谱成像往往需要进行超宽谱段的探测，例如从可见光至短波红外的光谱探测，通常情况下，受探测器接收谱段和光路结构的限制，这种光路中的定向反射光栅只在一个方向闪耀，光栅入射面为周期性锯齿状线槽刻划面，为了减小光能损失，一般会将光栅的刻划面设计成短而陡的型式，但这种型式的光栅结构难以在一套光路结构中实现超宽光谱的探测，而是需要两套光学系统来完成，这使得仪器的体积和重量大为增加，在航天产品中是非常不利的。

发明内容

本发明的目的是解决现有超宽光谱探测中需要两套光学系统来完成超宽光谱成像，导致仪器体积和重量过大的技术问题，而提供一种基于分波前双闪耀平面反射光栅的光谱成像系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

一种基于分波前双闪耀平面反射光栅的光谱成像系统，其特殊之处在于：包括沿光线入射方向依次同轴排布的前置望远镜、狭缝、镜像成像镜头、分波前双闪耀平面反射光栅，以及分别位于狭缝所在平面上的第一光学接收装置和第二光学接收装置；

所述前置望远镜的像方焦面和所述镜像成像镜头的物方焦面位置相重合；

所述狭缝位于所述像方焦面和所述物方焦面的重合处；

所述分波前双闪耀平面反射光栅的入射面为周期性三角形线槽刻划面；所述周期性三角形线槽刻划面由一个第一闪耀面和一个第二闪耀面形成一个周期；所述第一闪耀面的法线和第二闪耀面的法线分别与分波前双闪耀平面反射光栅的法线形成正向衍射闪耀角r1和负向衍射闪耀角r2；

所述正向衍射闪耀角r1与第一闪耀面的衍射主极大的关系方程为：

2dsinr1cosr1＝m1λ；

所述负向衍射闪耀角r2与第二闪耀面的衍射主极大的关系方程为：

2dsinr2cosr2＝m2λ；

其中：

d为光栅常数，其值为一个三角形周期的水平长度；

m1为第一闪耀面的光栅衍射级次，m1＝0，1，2，…；

m2为第二闪耀面的光栅衍射级次，m2＝0，-1，-2，…；

λ为入射光束波前W的波长；

所述第一光学接收装置和第二光学接收装置分别位于狭缝的上下两侧，且位于分波前双闪耀平面反射光栅的反射光路中。