棱镜色散成像光谱仪光谱辐射采集特性

棱镜色散成像光谱仪对景物光谱的采样不是等间隔的.为了研究非线性色散对成像光谱仪采集景物辐射能量的影响,首先推导出相应的计算表达式,据此,在可见近红外光谱范围内(VNIR)分析了以单棱镜或复合棱镜为色散元件时成像光谱仪辐射能量采集特性.结果表明:与等间隔光谱采样相比,对于采用单棱镜作为色散元件的成像光谱仪而言,探测器像元采集到的景物辐射能量在光谱范围的短波(0.4～0.6 μm)部分较低,在中长波(0.6～1.0μm)部分较高;对于采用复合棱镜作为色散元件的成像光谱仪而言,探测器像元采集到的景物辐射能量在整个光谱范围都比较均衡;随着光谱采样通道数的增加,大气的弱吸收特征越来越明显地表现出来.     

Fery棱镜光谱仪设计

Fery棱镜是一种变化的棱镜.利用Fery棱镜作为主要色散元件,设计了具有宽光谱波段的太阳光光谱仪的光学系统.系统采用FeDr棱镜与反射镜分离的方法增加了设计的自由度,使系统在整个光谱范围内有较高的成像质量,实现了宽光谱范围的光谱分析.系统的光谱范围为0.3～2 μm,数值孔径为0.03,焦距为218 mm,Fery棱镜的材料为SiO2.该棱镜光谱仪的光谱范围宽,相对传统棱镜光谱仪具有器件个数少、质量轻、结构紧凑等优点.     

偏振干涉成像光谱仪中的格兰泰勒棱镜透射比

透射比是评价格兰泰勒棱镜性能优劣的一个重要指标,分析了偏振干涉成像光谱仪中重要偏光部件即格兰泰勒棱镜的分光机理,运用光线追迹方法,推导出了晶体光轴不平行时棱镜透射比精确理论计算公式;通过计算机模拟对其传输特性进行了详尽分析,得出了系统透射比随晶体光轴倾斜角和波长变化的关系曲线;给出了在满足系统透射比条件下格兰泰勒棱镜晶体光轴误差被限定的有效区间范围。这一结论为偏振干涉成像光谱仪的优化设计提供了理论指导和技术支持。     

光谱移位对成像光谱仪辐射测量的影响

棱镜色散成像光谱仪由于光谱弯曲或者装调等原因会使探测器上产生一定的光谱移位,为了研究光谱移位对系统采集到的光谱辐射能量的影响,首先给出探测器像元采集辐射能量的表达式.再结合棱镜色散成像光谱仪在短波红外(1.0～2.5 μm)谱段的光谱采样特性,计算当光谱偏离量为0.01d、0.1d和0.5d(d为探测器像元尺寸)时,系统采集到的辐射能量与没有光谱偏离情况下系统采集到的辐射能量的归一化差值.结果表明:探测器上的光谱偏离导致系统辐射测量精度发生变化,与没有光谱偏离的情况相比,系统采集到的光谱辐射能量在大气吸收带的边缘出现了明显的偏差,且差值随光谱偏离量的增大而增大.当光谱分辨率提高时,一些较弱的吸收峰附近也会出现明显的辐射能量偏差.光谱分辨率为10 nm,对于0.1d的光谱偏离量,归一化的辐射能量偏差PV值达到0.011;对于0.5d的光谱偏离量,归一化的光谱偏离量PV值达到0.04.相对能量偏差达到50%以上.实际应用中必须校正由于光谱移位给辐射能量采集带来的偏差,以满足成像光谱仪光谱辐射测量一致性的要求.     

红外超光谱成像傅里叶变换光谱仪与色散光谱仪的性能比较

本文对用于红外超光谱成像的扫描型色散光谱仪和凝视型傅里叶变换光谱仪的以信噪比为基础的性能进行了比较。由这两种光谱仪的焦平面收集的信息有很大的差异。在扫描型色散光谱仪中,二维焦平面列阵在一个方向上收集空间信息,在另一个方向上收集光谱信息,而第二个空间维度则由扫描机械及时扫出。傅里叶变换光谱仪的二维焦平面列阵在收集二维空间信息的同时收集光谱(干涉图)信息。对于这两种仪器来说,信号的形成以及从焦平面数据收集到最后超光谱数据立方体的噪声传播都迥然不同,因此使用的信号和噪声模型也有很大的差异。本文把噪声等效光谱辐射率(NESR)作为一个品质因数,对使用同一种光学系统、具有相同的空间分辨率、相同的图像面积、相同的光谱分辨率、相同的光谱范围和相同的成像时间的两种仪器的性能进行了比较。在光子噪声限条件(通过适当设计新式的红外焦平面列阵,这种条件已能达到)下,与非成像傅里叶变换光谱仪有关的传统多路传输和吞吐量优势化为乌有,本文将对其原因进行分析。本文讨论两种仪器的二维焦平面列阵的特性,例如帧速率和动态范围等,并说明两者之间的差异为何如此之大。最后,本文总结了这两种仪器的信号处理要求。     

空间遥感短波红外成像光谱仪的光学系统设计

设计了一种短波红外成像光谱仪的光学系统.它采用离轴透镜来校正大视场像差,避免了采用大口径同心透镜,降低了大口径透镜获取难度和加工要求,同时校正了狭缝弯曲和畸变;采用两个离轴非球面反射镜作为准直和会聚光学元件,补偿了与波长相关的狭缝弯曲,并减小了残余像差;采用一个色散棱镜来修正非线性色散,满足了光谱分辨率要求,在棱镜背面镀反射膜,简化了结构,减轻了重量.最后给出了各个通道的光谱非线性和光谱弯曲结果.     

紧凑型红外成像光谱仪光学设计

为降低成像光谱仪对工作平台体积质量的需求,优化光路布局,提高系统的热适应性,阐述了一种紧凑型红外成像光谱仪的光学系统设计。考虑结构尺寸和像差平衡,光学设计中引入了扩展多项式面型。系统光谱范围为1~3.4 m,F/数为2.86,光谱采样间隔为7.5 nm。光学系统由一个自由曲面三反射镜望远镜和一个基于平面光栅的自由曲面光谱仪组成。望远镜准远心设计,与后方远心光谱仪光瞳匹配,无畸变且像方空间便于其他结构模块布局。光谱仪像质优良,光谱畸变校正良好,像面倾斜得到改善便于探测器布局。从光栅衍射效率设计、杂散光抑制和光机一体化集成镜件设计三方面对该系统作了分析,结果表明系统具有工程可行性。     

星载成像光谱仪的光学系统设计

文中详细叙述并讨论载于小卫星遥感的可见、近红外、热红外成像光谱仪的光学系统设计考虑，并列出设计结果。     

棱镜对引入负群速度色散

本文通过对锁模激光谐振腔内用于调节色激的棱镜对或棱镜组的实验条件的分析，认为其仅能产生连续可调的负色散。     

楔形镜与棱镜对系统负色散量的分析

给出了精确计算楔形镜与棱镜对组合系统群速度色散量的物理图象和数学表达式。分析了楔形镜垂直端面朝腔内和朝腔外两种组合方式的色散量计算方法。     

采用Wollaston棱镜的空间调制干涉成像光谱仪

空间调制干涉成像光谱仪相对时间调制型干涉成像光谱仪具有稳定性强、实时性好、小型化、费用低等特点,Wollaston棱镜分光系统的参数设计直接关系到光谱仪性能的优劣,针对Wollaston棱镜分光原理展开分析和计算,给出不同材料Wollaston棱镜在不同结构角条件下分束角与波长的关系以及不同波长条件下入射角与棱镜厚度的关系,给出了选择和设计Wollaston分光棱镜的一些原则,为可应用于航天遥感的空间调制干涉成像光谱仪的设计及研制提供理论依据。     

TRW公司发展的机载与星载成像光谱仪

从1989年开始,TRW公司进行了超多光谱成像技术的研究.第一台仪器是用商品化的零部件制成的,波长响应范围在可见一近红外区(从0.48μm到0.88μm).以后,又制造了一台用来在短波红外区(直至2.5μm)进行测量的仪器,它绝大部分使用了商品化的零部件,也包含了某些特制的部件,如前置光学系统.早期的仪器都是使用录像带记录数据,研制的实时处理器用于作为同     

一种改善成像光谱仪光谱检测能力的新方法

为了改善成像光谱仪的检测能力,在不改变硬件结构的情况下,采用光谱细化最优化的新方法,利用液晶可调谐滤光片式成像光谱仪,取得了入射光近似光谱数据,进行了理论分析和实验验证。结果表明,在3组数值仿真数据中,相较于成像光谱仪测量光谱,该方法得到的近似光谱与入射光真实光谱的光谱强度差的标准差分别减小了79.3%,68.3%和58.8%;在两组实验数据中,标准差分别减小了84.4%和60.7%;求解得到的近似光谱与入射光真实光谱的近似程度得到了显著提高,较好地分离了相隔较近的光谱峰。这一研究改善了成像光谱仪的光谱检测能力。     

双通道成像光谱仪共用离轴三反射光学系统的设计

提出了一种双通道共用一个主光学的推帚式高光谱成像仪光学系统,该系统由离轴三反射主光学系统、狭缝、准直镜及分色镜、可见近红外光谱仪后光学和短波红外光谱仪后光学组成,设计中采用双通道共用离轴三反射主光学系统,不仅满足了成像仪大视场、宽谱段的要求,而且提高了系统的光学效率,使系统结构更加紧凑,双通道光谱仪均采用棱镜-全息透射光栅-棱镜分光组件分光,实现了宽光谱分光,提高了衍射效率,系统实现光谱范围覆盖450～2500 nm,全视场达23.9°。     

四棱镜系统的二阶和三阶色散

在本文中,用等光程方法推导了紧凑累加型四棱镜系统的二阶和三阶色表达达,据我们所知,这是首次得出紧凑边缘科学加型四棱系统色解析表达式。所得到的公式与国外文献中数值计算的结果相比较,在满足精度的同时计算量大大减少。     

棱镜色散腔的自动调谐及计算机控制系统

本文对棱镜色散腔自动调谐的原理及实现方法以及计算机控制系统作了较为详细的阐述,该自动调谐系统适用于固体可调谐激光器,实现中该调谐方法用于Ｎｄ：ＹＡＧ锁模激光（５３２ｎｍ）泵浦的钛宝石激光器＾「１」,能实现６８０～９８０ｎｍ范围的波长自动调谐输出。     

成像光谱仪

近二十年,光学遥感仪的迅速发展,已经使气象卫星和地球资源卫星相继实用化。它摄取地球表面或大气层的视频图像数据,不停地从卫星送回地球,为现代的社会生活提供必不可少的信息资源。一、空间分辨率和光谱分辨率目前实用的光学遥感信息获取手段,是根据光学-机械扫描成像的原理,在预先设定的光谱波段里摄取目标区的图像数据。图像像元的张角(即空间分辨率)以及光谱波段的宽度(即光谱分辨率),是衡量图像质     

基于TeO_2晶体的声光可调谐滤波器消色散设计

声光可调谐滤波器(AOTF)是一种新型的色散元件,被广泛应用到光谱成像领域,但由于其在调谐时,衍射角会随着波长的变化而变化,造成图像漂移。为了解决AOTF光谱相机晶体色散引起的图像漂移问题,采用了在晶体出射面外添加棱镜的方法。通过分析晶体旋光性对介质外衍射角的影响,比较发现当入射光极角很大时,必须考虑晶体的旋光性对介质外衍射角的影响,在此基础之上分析棱镜偏折角与棱镜顶角和材料的关系,当入射光极角为28°时,添加顶角为10.1°的棱镜可得到0.0007°的消色散偏差。由此说明,在光路中添加材料和顶角合适的棱镜,可以很好地消除AOTF光谱相机中晶体的色散。     

成像光谱仪的发展与应用（特邀）

成像光谱仪是一种有效的定量探测工具,得益于其可通过高空间分辨率和高光谱分辨率同时获取探测目标的三维立方体数据的能力,使得成像光谱仪在测绘遥感、目标识别、环境监测与评估、临床影像诊断、过程监控等领域应用极为广泛。文中根据分光原理和分光元件的不同,将成像光谱仪分为四类:滤光型、色散型、干涉型和快照型,在分类的基础上对各种成像光谱仪的主要代表形式和应用进行了回顾和介绍,并对成像光谱仪未来可能存在的发展和应用方向进行了展望。