第34卷，第9期 2014年9月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 34 ,No. 9 -pp2578-2581
September, 2014
温度对星载空间外差于涉型光谱仪性能的影响
罗海燕，施海亮，李志伟，李双，熊伟，洪津
中国科学院安微光学精密机械研究所，中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室，安微合肥230031
摘要为研究温度对星载空间外差干涉型光谱仪性能的影响，分析了温度变化对光谱仪中准直镜头、成像镜头以及涉仪组件各光学系统组成部分性能参数的变化关系，建立广温度对光谱仪谱线漂移影响的模型，通过软件仿真和热光学实验对理论模型进行了验证。结果表明，良好的镜头光学设计方案可有效避免星载环境下温度对镜头组件光学性能的影响，干涉仪组件温度变化会使系统基频变化直接导致光谱谱线的漂移，同时温差过大会对光谱仪光谱分辨率产生影响，使光谱谱线发生变形。针对星载空间外差干涉型光谱仪
中干涉仪组件的温控条件，应依据基频、结合光谱分辨率和带宽等性能指标提出严格的温控范围。关键词空间外差光谱仪：光谱漂移：仿真分析；热光学试验
文献标识码：A
中图分类号：0433.4
引言
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593(2014 )09-2578-04
1温度对空间外差于涉光谱仪的影响
空间外差于涉光谱技术是近年来发展应用的一项新技
术，它综合广光栅衍射和空间十涉相结合的特点，以其光通量大、灵敏度高、波段范围广、结构紧等优点，特别适应于大气中0H自由基、氧气、水汽以及温室气体含量等成分的精细探测口-3汀。基础研究结果表明，精确反演大气气体成分，特别是在复杂背景下获取微量气体的特征光谱辐射信息，需要探测仪具备极高的光谱分辨能力和精确的光谱定标数据。2007年美国发射的STPSat-1卫星搭载的专用0H自由基探测SHIMMER系统光谱分辨率需达到0.024nm，方能从大气散射背景信号中提取出OH自由基的光谱辐射信号[4-6]。
空间外差干涉光谱仪以定量化的数据为基础，所获取的遥感数据需要具备足够的光谱和辐射测量精度，而光谱定标或测量精度直接影响辐射测量的精度，温度变化是直接导致空间外差干涉光谱仪谱线漂移的主要原因。星载仪器实验室定标是整个定标环节的基础，利用可调谐激光器和元素谱线灯、气体吸收池或室外温室气体吸收谱峰位置进行光谱定标研究，仪器在轨性能的变化需通过在轨星上定标，修正实验室定标数据8。解决上述问题，是星载仪器获取高精度微量气体含量原始数据的基础
收稿日期：2013-10-24，修订日期：2014-01-25
基金项目：国家自然科学基金项目(41301373)资助
空间外差干涉光谱仪搭载于航天器上所处的真空热环境十分恶劣，仪器的热状态受到多种外热流的复合耦合作用，虽然合理的热设计已能保证仪器的温度水平和温度分布维持在一定的范围内，满足光学元件及光机结构尺寸稳定性的要求，但温度变化导致的谱线漂移仍存在，严重影响空间外差干涉仪光谱仪的光谱测量精度。因此，星载仪器在工作期间需采取必要的温控措施。图1为空间外差干涉光谱仪原理图。
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Entrance ppir
Incidemt wavefront
Interferometer unit
米
Relay collimating lens Interference fringe
==+=F→ Exiing
wavefron
Re-imaging lens
Detecto
Fig. 1Schematic diagram of the basic SHS configuration 温度变化对光谱仪性能的影响主要表现在对其光机结构
作者简介：罗海燕，1982年生，申国科学院安徽光学精密机械研究所博士研究生
e-mail : luohaiyan aiofm .ac .cn