第36卷，第7期 2016年7月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
非对称空间外差光谱技术研究
Vol. 36,No.7:pp2291-2295
July,2016
李志伟1.2"，熊伟1.3*，施海亮1."，罗海燕"3，乔延利".3
1，中国科学院安散光学精密机械研究所，安散合肥23003] 2.中国科学院大学，北京100049
3.中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验，安徽合肥23003
摘要传统空间外差光谱技术存在光谱分辨率、光谱范围与探测器象元数之间的制约关系。非对称空间外差光谱技术相比传统空间外差光谱技术主要区别在于增加单臂光栅到分束器的距离，能够在系统参数不变的情况下大大的增加光谱分辨率，首先阐述了非对称空间外差光谱技术的基本原理，并给出相应的系统参数计算公式推导结果，从理论上推导出单臂光栅偏置量增加和光谱分辨率增加之间的关系。偏置量作为非对称空间外差光谱技术的重要参数，受短双边象元数和光谱分辨率需求的制约。根据实验室现有实验平台参数，给出偏置量选择原则及结果。在元器件参数相司的情况下，分别计算了两种形式的理论光学性能参数，并且进行了仿真验证，得出非对称空闻外差光谱仅与传统空间外差光谱仪光谱范围相同，但具有更高的光谱分辨率，并且分辨率提高与偏置量增加关系与理论计算相符。最后通过单色光扫描方法对非对称空间
外差光谱仪实验室装置进行光谱范围和光谱分辨率的定标，定标结果与理论计算值吻合较好，关键调遥感；空间外差光谱技术；光谱范围；光谱分辨率
中图分类号：0433.4
引言
文献标识码：A
DOI : 10, 3964/j. issn, 1000-0593(2016 )07-2291-05
spatial heterodyne spectroscopy，ASHS），可以在不减小光谱范围的前提下大大提高光谱分辨率
臂光栅增加偏置量最早由哈兰德等于2006年提出
目前国际上星载仪器主要选择相对“洁净"的1.5um吸收带对大气中CO进行探测-3]。基础研究表明，仪器的光谱分辨率越高越有利于大气CO：浓度的定量探测}，并且为了获取反演所需其他信息，探测范围应该覆盖CO：的吸收谱段及其两端一定范围的连续谱，对于1.5m波段而言，至少需要约20nm左右的带宽
空间外差光谱技术（spatialheterodynespectroscopy， SHS)具有诸多优点，中国科学院安微光学与精密机械研究所致力于基于空闻外差光谱技术的大气温室气体遥感探测研究54。空间外差光谱仪存在光谱分辨率、光谱范围与探测器象元数之间的制约关系，传统空间外差光谱仪主要受限于数据采样的探测器象元数目，为了获取超高光谱分辨率必然导致仪器光谱范围的减小，无法满足高精度CO2探测的要求。对于一既定探测器，通过调整空间外差光谱仪一臂光栅到分束器的距离，即非对称空间外差光谱技术（asymmetric
收稿日期：2015-06-01，修订日期：2015-10-11
(doppler asymmetric spatial heterodyne, DASH)-),拟应用于大气风场的测量。基于干涉图相位差随光程差的增大而增大的原理，为了测量大气中气辉谱多普勒频移，其一臂光栅需要偏置较大的距离。DASH只需要测量于涉图的相位，而非用光谱数据进行风速的定量反演，因此其偏置量选取不考虑光谱复原的需求，国内中科院安徽光学与精密机械研究所，综合DASH与传统时间干涉型傅里叶变换光谱仪的特点，研制出用于大气CO：探测的非对称空间外差光谱仪实验装置
本文对ASHS的原理进行分析，推导出ASHS的主要性能参数的计算公式。然后对ASHS中一臂光栅偏置量的选择进行重点分析，通过计算机仿真方法对相同元器件参数下的SHS和ASHS的光谱范围和光谱分辨率进行对比验证。最后利用单色光扫描的方法对实验室已有ASHS实验装置的光谱范围和光谱分辨率进行了标定，
基金项目：中国科学院创新基金项目(CXJJ-14-S91），国家白然科学基金项目(41301373)资助
作者简介：李志伟，1985年生，中国科学院大学博士研究生
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