[发明专利]一种用于大气探测的星载极紫外高光谱相机光学系统

说明书

本发明属于紫外高光谱相机技术领域，具体地说，涉及一种用于大气探测的星载极紫外高光谱相机光学系统，包括：入射底座(1)、超环面反射镜底座(2)、超环面反射镜(3)、球面光栅底座(4)、球面光栅(5)、第一挡光板(6)、第二挡光板(7)、第三挡光板(8)、紫外探测器(9)和结构框架(10)；入射底座(1)固定在该入射孔上，入射底座上开设入射狭缝(11)；第一挡光板(6)的下方固定球面光栅底座(4)，球面光栅(5)固定在球面光栅底座(4)上；超环面反射镜(3)安装在超环面反射镜底座(2)上；第二挡光板(7)的下方固定紫外探测器(9)；球面光栅(5)和紫外探测器(9)的下方设置多个第三挡光板(8)。

技术领域

本发明属于紫外高光谱相机技术领域，具体地说，涉及一种用于大气探测的星载极紫外高光谱相机光学系统。

背景技术

气辉、极光是空间光学辐射背景中一种重要的自然发光现象，在电离层高度，对O气辉、N₂气辉进行探测，反演可获得电离层电子密度、热层O/N₂等信息，从而对电离层及其扰动情况进行监测和预报。电离层是空间天气中的一个重要区域，也是人类空间活动最重要的区域之一，其时空变化对卫星导航定位、地空无线电通信等系统电波信号传播有着重要影响，对其状态和变化的监测预警是空间天气业务中的重要组成部分。

利用星载紫外高光谱相机对远紫外波段的气辉辐射进行探测，是研究电离层的理想探测手段。20世纪70年代，国际上就开始在卫星上开展真空紫外电离层探测，并且一直持续至今。国外具有代表性的星载紫外光谱相机包括2001年发射的太阳同步轨道卫星TIMED上装载的GUVI(Global UltraViolet Imager)、2017年UC Birkeley牵头研制的电离层联合探测计划ICON、2018年LASP研制的全球尺度临边天底观测仪GOLD。

在紫外高光谱相机中，用于分光的光栅是重要的光学元件。目前，光栅类型包括：平面光栅、球面光栅和超环面光栅。其中，超环面光栅因其有助于消除光学系统中像散、慧差等光学像差，而被广泛使用。对于星载大气探测高光谱载荷，为了提升对目标辐射量的采集能力，通常会令光谱维与空间维的物距不一致以扩展光谱维的瞬时视场，因此，通常采用超环面光栅，如2017年ICON上搭载的一台极紫外光谱相机。但是，相比于平面光栅和球面光栅，超环面光栅价格昂贵；且由于超环面光栅需要定制加工，导致其加工周期也是球面光栅的一倍，加工周期大大增加，成本大大提高，工作效率低。

发明内容

为了解决现有的高光谱相机由于采用超环面光栅而造成的成本高、加工难度大、加工周期长的问题，本发明提出了一种用于大气探测的星载极紫外高光谱相机光学系统，该系统采用球面光栅与超环面反射镜的组合替代超环面光栅，其中，该方法所采用的球面光栅，价格远低于超环面光栅，大大降低了成本，而超环面反射镜和球面光栅的加工总成本也远远低于超环面光栅，其加工周期也大大缩短，大大提高了工作效率。

该系统包括：入射底座、超环面反射镜底座、超环面反射镜、球面光栅底座、球面光栅、第一挡光板、第二挡光板、第三挡光板、紫外探测器和结构框架；

结构框架的一侧开设入射孔，入射底座固定在该入射孔上，入射底座上开设入射狭缝，该入射狭缝与入射孔相对；入射孔的下方、结构框架的一侧的内壁上固定第一挡光板；第一挡光板的下方、结构框架的一侧的内壁上固定球面光栅底座，球面光栅固定在球面光栅底座上，且位于结构框架内；

与结构框架的一侧相对的结构框架相对侧固定超环面反射镜底座，超环面反射镜安装在超环面反射镜底座上，且其位于结构框架内；超环面反射镜的下方、结构框架相对侧的内壁上固定安装第二挡光板；第二挡光板的下方、结构框架相对侧内壁上固定紫外探测器；

球面光栅和紫外探测器的下方设置多个并行等间距排列的第三挡光板，其中，多个并行等间距排列的第三挡光板设置在结构框架的底部。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一挡光板与第二挡光板交错设置；