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超光谱分辨率紫外双通道共光路成像光谱仪设计

张璐 李博 李寒霜 顾国超 王晓旭 邵英秋 林冠宇 叶新

张璐, 李博, 李寒霜, 顾国超, 王晓旭, 邵英秋, 林冠宇, 叶新. 超光谱分辨率紫外双通道共光路成像光谱仪设计[J]. 中国光学(中英文), 2022, 15(5): 1029-1037. doi: 10.37188/CO.2022-0125
引用本文: 张璐, 李博, 李寒霜, 顾国超, 王晓旭, 邵英秋, 林冠宇, 叶新. 超光谱分辨率紫外双通道共光路成像光谱仪设计[J]. 中国光学(中英文), 2022, 15(5): 1029-1037. doi: 10.37188/CO.2022-0125
ZHANG Lu, LI Bo, LI Han-shuang, GU Guo-chao, WANG Xiao-xu, SHAO Ying-qiu, LIN Guan-yu, YE Xin. Hyperspectral resolution ultraviolet dual channel common optical path imaging spectrometer[J]. Chinese Optics, 2022, 15(5): 1029-1037. doi: 10.37188/CO.2022-0125
Citation: ZHANG Lu, LI Bo, LI Han-shuang, GU Guo-chao, WANG Xiao-xu, SHAO Ying-qiu, LIN Guan-yu, YE Xin. Hyperspectral resolution ultraviolet dual channel common optical path imaging spectrometer[J]. Chinese Optics, 2022, 15(5): 1029-1037. doi: 10.37188/CO.2022-0125

超光谱分辨率紫外双通道共光路成像光谱仪设计

doi: 10.37188/CO.2022-0125
基金项目: 黑土地保护与利用科技创新工程专项资助(No. XDA28050102);国家自然科学基金项目(No. 62005268);国家重点研发计划项目资助(No. 2018YFB0504600,No. 2018YFB0504603);中国电波传播研究所稳定支持科研经费资助项目(No. A132001W03)
详细信息
    作者简介:

    张 璐(1997—),女,吉林长春人,硕士,2020年于长春理工大学获得学士学位,主要从事光学设计方面的研究。E-mail:1499201809@qq.com

    李 博(1981—),男,吉林梨树人,博士,副研究员, 2011 年于中国科学院大学获得博士学位,主要从事高光谱遥感总体设计方面的研究。E-mail:libo0008429@163.com

  • 中图分类号: TH744.1

Hyperspectral resolution ultraviolet dual channel common optical path imaging spectrometer

Funds: Supported by Special project of black land protection and utilization science and technology innovation project (No. XDA28050102); National Natural Science Foundation of China (No. 62005268); National Key R&D Program of China undergrant (No. 2018YFB0504600, No. 2018YFB0504603); Stable-Support Scientific Project of China Research Institute of Radiowave Propagation (No. A132001W03)
More Information
  • 摘要:

    针对超光谱分辨率成像光谱仪多通道探测需求,本文设计了一种超光谱分辨率紫外双通道共光路成像光谱仪。该成像光谱仪望远系统采用视场离轴的离轴三反结构,分光系统采用了具有小型轻量化优点的改进型Offner结构。通过对Offner光谱仪结构的理论推导,得出了满足超光谱分辨要求的双通道共光路Offner初始结构参数。为了提高成像光谱仪的成像质量,在Offner结构中引入弯月透镜,并对系统进行逐步优化。最终得到的双通道共光路成像光谱仪工作波段为280~300 nm和370~400 nm,在奈奎斯特频率为27.8 lp/mm时,双通道的调制传递函数(MTF)均优于0.8,全视场均方根半径(RMS)均小于9 μm,光谱分辨率均优于0.1 nm。本文研究对天基超光谱探测成像光谱仪小型化、集成化设计具有重要意义。

     

  • 图 1  改进型Offner结构图

    Figure 1.  Schematic diagram of the improved Offner structure

    图 2  望远镜MTF图

    Figure 2.  MTF image of telescope system

    图 3  望远镜点列图

    Figure 3.  RMS image of telescope system

    图 4  望远镜结构图

    Figure 4.  Structure diagram of the telescope

    图 5  Offner分光系统

    Figure 5.  Offner spectroscopic system

    图 6  通道1 MTF曲线图

    Figure 6.  MTF image of channel 1

    图 7  通道2 MTF曲线图

    Figure 7.  MTF image of channel 2

    图 8  通道1点列图

    Figure 8.  Spot diagram of channel 1

    图 9  通道2点列图

    Figure 9.  Spot diagram of channel 2

    图 10  本文成像光谱仪结构图

    Figure 10.  Structure diagram of the proposed imaging spectrometer

    图 11  成像光谱仪整体通道1的MTF曲线图

    Figure 11.  MTF image of overall channel 1 in imaging spectrometer

    图 12  成像光谱仪整体通道2的MTF曲线图

    Figure 12.  MTF image of overall channel 2 in imaging spectrometer

    图 13  成像光谱仪整体通道1的点列图

    Figure 13.  Spot diagram of overall channel 1 in imaging spectrometer

    图 14  成像光谱仪整体通道2的点列图

    Figure 14.  Spot diagram of overall channel 2 in imaging spectrometer

    表  1  本文成像光谱仪的主要技术指标要求

    Table  1.   Main technical index requirements of the designed spectrometer

    ParameterValue
    Height/km600
    Spectral range /nm280~300、370~400
    F3.8
    Swath/ km100
    Field of view /(°)9.5
    GSD/m≤50
    Spectral resolution /nm≤0.1
    Detector’s pixel size /μm9×9
    Detector’s array size /pixel4096×4096
    Sampling2×2 binning
    MTF≥0.5@27.8 lp/mm
    下载: 导出CSV

    表  2  系统最终的设计参数

    Table  2.   Final design parameters of the system

    ParameterValue
    Spectral range /nm280~300、370~400
    F3.8
    Focal length of telescope f /mm238
    Field of view /(°)9.5
    GSD/m45.37
    Slit length/mm40
    diffraction order1
    grating period/nm450
    Spectral resolution /nm0.069
    MTF>0.8@27.8 lp/mm
    RMS/μm<9
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-14
  • 修回日期:  2022-07-07
  • 网络出版日期:  2022-08-03

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