第35卷，第5期 2015年5月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
一种组件透射式成像光谱仪设计孙宝朋，张毅，岳江，韩静，柏连发” 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏南京210094
Vol. 35,No. 5 -pp1414-1418
May,2015
种高性能透射式系统，全部使用通用光学组件，简化广系统结构，降低广成本和装调难度，较传统成像光谱仪有更广的适用范围。该设计中全部部件都非定制，可以根据应用场合更换，具有较好的灵活性，采用透射的方式，减少广杂散光的影响。利用ZEMAX软件真、优化广搭配两组不司物镜的系统光路，对畸变、 MTF、色差等性能进行测试。对比25和50mm物镜的系统性能，发现望远镜头的更换对整个系统成像质量的影响不大。参照设计参数成功搭建出一台成像光谱仪，其中望远物镜采用准对称双高斯结构，有利于控制场曲和畸变：采用透射式平面衍射光栅作为分光器件，制作工艺成熟，无需定制，装调简单。光谱分辨率和畸变测试结果显示该系统拥有良好的畸变控制能力，光谱分辨率达到2nm，满足设计要求，利用标定后的系统测得的氛灯光谱取得了较为理想的结果。
关键词透射式成像光谱仪；平面光栅；组件式系统；易装配
中图分类号：TH744.1
文献标识码：A
引言
D0I: 10. 3964/j. issn. 1000-0593 (2015 )05-1414-05
光，降低了输出光束的纯度。虽然很多文献中都给出了减少二次或多次衍射改进后的Czerny-Turner系统，但是在设计和装调的过程中，如果球面镜或光栅角度及距离拿捏不
成像光谱技术是成像技术和光谱技术的有机结合，在获得目标的二维空间信息的同时，也提供了目标的光谱信息，这为分析目标的属性提供了更好的依据。在农业、林业、水质监测、大气污染监测、生态环境监测、地质调查及城市调查等诸多领域都有重要的应用和广泛的前景"”。近年来，伴随者光谱成像技术的飞速发展以及各国相关领域研究人员的重视，国内外已经研制成功并投人使用成像光谱仪种类繁多，性能各具特色，在各个领域薪露头角，结构也因应用场合的不同而特点各异，代表结构主要有Czerny-Turner系统和Offner系统。
Czerny-Turner系统一般是以平面反射光栅作为分光器件，以两块凹面反射镜分别作为准直物镜和成像物镜构成光谱成像系统。由于采用反射式光学器件，往往受到浦光杂散光的影响，即部分光在光学设计之外直接进人光学系统3。从光栅衍射出的边缘光线或再次折返回准直物镜或照到两个镜子中间，到达聚焦镜的光线也可能反射回光栅形成二次衍射，这样经过二次衍射或者多次衍射使得其他波长的光叠加到系统设定的出射波长的光束上，增大了系统的杂散
收稿日期：2013-09-04，修订日期：2014-02-05
基金项目：国家自然科学基金项目(61231014、61071147)资助
当，还是会受到杂散光的影响。此外反射器件的使用将导致系统的光轴发生折转，从而增加系统结构设计及装调的难度。
Offner系统是具有较大平像场的新型光谱成像系统，由最初的反射式Offner中继光学系统发展而来"。核心是以凸面光栅作为色散元件，借助于两个同心凹面反射镜构成分光系统了，结构经过不断的改进，大量运用于航空航天平台，例如Hyperion、Ocean-PHILIS等超光谱成像仪均采用 Offner系统]。但是相对平面光栅而言凸面光栅价格昂贵、加工困难，并且针对具体的系统需要定制，限制了设计和装配的自由度，提高了整个系统的制造成本，通用性差"」。而且，该结构需通过调整多个反射器件达到同心从而降低多种相差影响，在实际装配时很难实现。
针对上述问题，提出一种新型的透射式系统结构，基于
通用光学组件，实现广一种高性能、低成本和应用产泛的成像光谱仪。该设计采用透射方式，减少了透射面残余反射杂散光以及多次衍射的影响3」。所使用的准直镜、成像镜及平面透射光栅均非定制，价格便宜，可以根据应用场合的需要
作者简介：孙宝朋，1987年生，南京理工大学电子工程与光电技术学院硕士研究生
*通讯联系人e-mail：mrblf@163.com
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