[发明专利]一种星载差分吸收光谱仪的光学系统

说明书

技术领域

本发明属于一种光学测量方法领域，具体的是一种收集、汇聚地表及天空紫外、可见散射光的星载差分吸收光谱仪的光学系统，主要应用于星载或机载平台的多通道差分吸收光谱仪探测，由中继光学系统和成像光谱仪系统两部分组成。

背景技术

国内外常用的星载、机载成像光谱仪的光学系统主要有两类：色散型和傅里叶变换型。其中色散型高光谱成像仪又分为棱镜色散和光栅色散两种。绝大部分是采用色散分光方式，同时对于光谱分辨率要求较高的系统多选用光栅色散类型。通常，基于像差校正的平场凹面反射光栅的成像光谱仪，由于视场小以及光谱像质不均匀，应用受限。因为入射到平面光栅的光束要求必须是准直的，而从平面光栅衍射出来的光也是准直的，因此基于平面光栅的成像光谱仪必须连接一个准直和聚光系统。为使光谱像质提高，准直和聚光系统往往复杂化，光能量损耗增加，光谱像常存在着从准直系统和聚焦系统带来的剩余像差，空间方向和光谱方向分辨率低，成像质量难以提高。而且，系统整体装调难度大、造价高。

某些国外星载光谱仪光学系统，使用前置望远镜光学系统将外界光直接导入光谱仪入射狭缝，入射光经过凹面光栅色散后，再进行聚焦。这样整体光谱仪系统体积偏大，不利于系统发展的空间环境适应性。

目前国内外星载光谱仪系统，尤其是高分辨率的成像光谱仪多以可见光和近红外光谱通道为主，在紫外/可见探测波段相对不宽，一般都是在310nm～500nm左右，探测通道相对较少。在大气环境检测领域，利用Offner形式光谱仪进行紫外光谱多通道探测的研究尚属空白。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术不足，提供一种星载差分吸收光谱仪的光学系统，将分色片技术、反射式和透射式技术相结合，并有效的将多通道导入光学系统和Offner光谱仪相组合，来实现紫外通道及可见光通道的宽波段探测技术，解决了星载成像光谱仪光谱分辨率和空间分辨率偏低、紫外波段探测通道较少、成像光谱仪系统视场过小、光学系统整体体积偏大、重量偏重等问题。

本发明的技术解决方案：一种星载差分吸收光谱仪的光学系统，包括中继光学系统和Offner成像光谱仪系统；所述中继光学系统包括视场光阑、中继反射镜、第一中继镜头、第二中继镜头、第三中继镜头和第四中继镜头及第一分色片、第二分色片、第三分色片和第四分色片；所述Offner成像光谱仪系统包括第一入射狭缝、第二入射狭缝、第三入射狭缝、第四入射狭缝、第一凸面光栅、第二凸面光栅、第三凸面光栅、第四凸面光栅及第一凹面反射镜、第二凹面反射镜、第三凹面反射镜、第四凹面反射镜；在视场光阑的后续光路上依次设置有中继反射镜、第一分色片、第二分色片、第三分色片和第四分色片；第一分色片、第二分色片、第三分色片和第四分色片将探测目标物的光波段(240nm～710nm)依次分为四个通道，四个通道的波段范围分别是第一紫外通道(240nm～315nm)、第二紫外通道(311nm～403nm)、第一可见光通道(401nm～550nm)、第二可见光通道(545nm～710nm)；目标物为240～710nm波段的光从视场光阑处入射，经中继反射镜反射后发生光路转折并形成聚焦光束，经过第一分色片，此时240nm～315nm波段的光发生反射，形成第一紫外通道；240～315nm波段的反射光经过第一中继镜头聚焦到后续Offner光谱仪第一入射狭缝处，其余波段的光透过第一分色片后，经第二分色片进行二次分光，311nm～403nm波段的光发生反射，形成第二紫外通道，该反射光经过第二中继镜头聚焦到第二入射狭缝处，其余波段的光透过第二分色片后，经第三分色片再次分光，401nm～550nm波段的光发生反射，形成第一可见光通道，该反射光经过第三中继镜头聚焦到第三入射狭缝处，剩余波段的光透过第三分色片，经第四分色片反射后经第四中继镜头聚焦到第四入射狭缝处；

第一紫外通道(240nm～315nm)波段光信息从第一入射狭缝进入Offner成像光谱仪系统，由第一凹面反射镜反射至第一凸面光栅，分光后转折至第一凹面反射镜处，聚焦到相应的探测器上；第二紫外通道(311nm～403nm)波段光信息从第二入射狭缝进入，由第二凹面反射镜反射至第二凸面光栅，分光后转折至第二凹面反射镜处，聚焦到相应的探测器上；第一可见光通道(401nm～550nm)波段光信息从第三入射狭缝进入，由第三凹面反射镜反射至第三凸面光栅，分光后转折至第三凹面反射镜处，聚焦到相应的探测器上；第二可见光通道(545nm～710nm)波段光信息从第四入射狭缝进入，由第四凹面反射镜反射至第四凸面光栅，分光后转折至第四凹面反射镜处，聚焦到相应的探测器上。