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Offner型凸面光栅宽动态范围辐射定标光源设计

徐达 岳世新 张国玉 孙高飞 张健

徐达, 岳世新, 张国玉, 孙高飞, 张健. Offner型凸面光栅宽动态范围辐射定标光源设计[J]. 中国光学, 2020, 13(5): 1085-1093. doi: 10.37188/CO.2019-0221
引用本文: 徐达, 岳世新, 张国玉, 孙高飞, 张健. Offner型凸面光栅宽动态范围辐射定标光源设计[J]. 中国光学, 2020, 13(5): 1085-1093. doi: 10.37188/CO.2019-0221
XU Da, YUE Shi-xin, ZHANG Guo-yu, SUN Gao-fei, ZHANG Jian. Design of an Offner convex grating radiation calibration light source with a wide dynamic range[J]. Chinese Optics, 2020, 13(5): 1085-1093. doi: 10.37188/CO.2019-0221
Citation: XU Da, YUE Shi-xin, ZHANG Guo-yu, SUN Gao-fei, ZHANG Jian. Design of an Offner convex grating radiation calibration light source with a wide dynamic range[J]. Chinese Optics, 2020, 13(5): 1085-1093. doi: 10.37188/CO.2019-0221

Offner型凸面光栅宽动态范围辐射定标光源设计

doi: 10.37188/CO.2019-0221
基金项目: 国家自然科学基金项目(No. 61703057);吉林省科技发展计划项目(No. 20190302124GX);长春理工大学科技创新基金(No. XJJLG-2018-02)
详细信息
    作者简介:

    徐达:徐 达(1988—),男,吉林长春人,讲师,2018年于长春理工大学获得博士学位,主要从事航天地面标定及仿真试验方面的研究。E-mail:418168115@qq.com

    岳世新(1961—),男,北京人,北京控制工程研究所,高级工程师,主要从事卫星工程光学机械的研究。E-mail:yueshixin8893@sina.com

    张国玉(1962—),男,吉林松原人,教授,博士生导师,2005年于长春理工大学获得博士学位,主要从事光电检测与航天器模拟设备等方面的研究。E-mail:zh_guoyu@163.com

    孙高飞(1985—),女,吉林长春人,副教授,2013年于长春理工大学获得博士学位,主要从事光电检测与航天器模拟设备等方面的研究。E-mail:51579428@qq.com

    张健:张 健(1989—),男,吉林长春人,讲师,2017年于长春理工大学获得博士学位,主要研究方向为气象仪器设计、光电仪器与检测技术等方面的研究。E-mail:zhangjian_nr@126.com

  • 中图分类号: O433;TH744

Design of an Offner convex grating radiation calibration light source with a wide dynamic range

Funds: National Natural Science Foundation of China (No. 61703057); Scientific and Technological Developing Scheme of Jilin Province (No. 20190302124GX); Science and Technology Innovation Fund of Changchun University of Science and Technology (No. XJJLG-2018-02)
More Information
  • 摘要: 为满足在各种谱线分布下对遥感仪器的光谱辐射定标,减小辐射定标光源对空间光学遥感仪器定标系数的影响,解决目前辐射定标光源光谱模拟精度低、光谱动态调节范围小的技术难题,本文从光谱叠加理论出发,根据多光谱合成原理,提出一种凸面光栅的Offner型宽动态范围辐射定标系统的设计方法。通过推导Offner型光谱成像光学结构的消像散条件,设计了一种柱面镜Offner型光谱成像光学系统,实现了宽光谱光束的精确细分,建立了数字微镜与其阵列面空间光谱辐射分布的映射关系。利用数字微镜的空间光调制特性,实现了辐射定标光源光谱分布大动态范围模拟。实验表明,辐射定标光源相邻单位阵列微镜的输出光谱峰值间隔小于0.5 nm,3种典型色温T=3000 K、T=5000 K和T=7000 K光谱模拟精度分别为5.2%、4.1%和3.2%。本文提出的设计方法有效提高了辐射定标光源的光谱模拟精度,减小了光谱不匹配对空间光学遥感仪器定标系数的影响。
  • 图  1  宽动态范围辐射定标光源结构示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of radiation calibration light source with a wide dynamic range

    图  2  Offner型成像系统原理图

    Figure  2.  Schematic diagram of Offner imaging system

    图  3  Offner型光谱成像系统光学结构

    Figure  3.  Optical structure of Offner type spectral imaging system

    图  4  不同波长下Offner型光谱成像系统点列图

    Figure  4.  Spot diagram of Offner type spectral imaging system at different wavelengths

    图  5  RMS半径随波长变化曲线

    Figure  5.  RMS spot Y vs. wavelength

    图  6  像面光线痕迹图

    Figure  6.  Footprint diagram in image surface

    图  7  不同峰值波长处数字微镜阵列面空间光辐射分布数据库

    Figure  7.  Light radiation distribution database on DMD array surface at different peak wavelengths

    图  8  遗传模拟退火算法流程图

    Figure  8.  Flow chart of genetic simulated annealing algorithm

    图  9  T=3000 K时模拟光谱的实测结果

    Figure  9.  Measurement results of simulated spectrum when T = 3000 K

    图  10  T=5000 K时模拟光谱的实测结果

    Figure  10.  Measurement results of simulated spectrum when T = 5 000 K

    图  11  T=7000 K时模拟光谱的实测结果

    Figure  11.  Measurement results of simulated spectrum when T = 7000 K

    表  1  Offner型光谱成像系统光学结构参数

    Table  1.   Optical structure parameters of Offner type spectral imaging system

    SurfaceRadius/mmThicknessGlassLines/lp·mm−1
    1−84.50030Mirror
    2−473.67630Grating600
    3−95.06555.545Mirror
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-11-26
  • 修回日期:  2019-12-19
  • 网络出版日期:  2020-09-09
  • 刊出日期:  2020-10-01

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