红外双谱段傅里叶变换成像光谱仪光学系统分析与设计研究

发布时间：2020-03-23 07:42

【摘要】：成像光谱探测技术是一种以光谱分析理论为核心,集成像与光谱探测为一体的新一代光学探测技术。作为一种极其重要的探测手段,成像光谱探测技术被广泛的应用于空间监测、环境保护等军用和民用领域。随着安全生产形势日益严峻、环境污染及灾害事故频发等问题的出现,能够快速检测、环境适用性强、稳定性高、可靠性好及轻小型化的宽谱段中长波红外成像光谱仪成为人们的迫切需求。为满足环境适用性强、稳定性高、宽谱段测量等应用需求,本文提出了一种基于静态干涉系统的中、长波红外双谱段时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪,分别对前置望远光学系统及后置成像系统进行了设计。本文的主要工作包括以下三个方面1)本文研究了以阶梯微反射镜作为干涉系统核心器件的双谱段一体化静态傅里叶变换成像光谱仪,完成了系统的建模和仿真工作。根据系统的技术指标计算了成像光谱仪光学系统的技术参数及阶梯微反射镜的结构参数。2)根据像差理论,通过添加约束的方式,计算了反射式前置望远系统的初始结构,通过光学设计软件优化,矫正了系统中倾斜分束板和补偿板带来的大数量级像散和彗差。完成了透射式后置成像系统设计,将前置望远系统和后置成像系统进行对接优化,实现了良好的成像质量。最终得到了视场角为1.5°,中波通道F数为4、长波通道F数为2的整体光学系统。在双谱段范围,该光学系统的点列图RMS小于7.9μm,MTF值在探测器的特征频率17lp/mm处大于0.5,具有良好的成像效果。3)完成了成像光谱仪光学系统的杂散光及公差分析工作,得到了易于加工且杂散光得到有效抑制的整体系统,从而为后期仪器的加工及装调提供参考。
【图文】：

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图 1.1 时间调制型傅里叶变换成像光谱仪原理样机Figure 1.1 Time-modulated Fourier Transform Imaging Spectrometer Prototyp005 年，NASA 研制成功了地球静止型傅里叶变换成像光谱仪工S(Geostationary Imaging Fourier Transform Spectrometer)[17]，其光谱.1μm 和 8.85～14.6μm，光谱分辨率可以达到 0.57 cm-1。光谱仪的结2 所示，该仪器在对地静止的轨道上进行监测，可满足遥感监测和气的需求。在实现高度精确的辐射测量和光谱校准基础上，该光谱仪风、温度的精确数据。同时，该光谱仪可以进行大规模并行空间采超大覆盖面的高空间分辨率测量。

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图 1.1 时间调制型傅里叶变换成像光谱仪原理样机ime-modulated Fourier Transform Imaging SpectromASA 研制成功了地球静止型傅里叶变换成像nary Imaging Fourier Transform Spectrometer)[185～14.6μm，光谱分辨率可以达到 0.57 cm-1。光仪器在对地静止的轨道上进行监测，可满足遥感在实现高度精确的辐射测量和光谱校准基础上的精确数据。同时，，该光谱仪可以进行大规模并面的高空间分辨率测量。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH744.1

【参考文献】