一种Dyson棱镜光谱仪

摘要

本申请提供的Dyson棱镜光谱仪，入射光经狭缝(1)进入所述校像差透镜组(2)，经校像差透镜组(2)消除像差后的光束进入校色差棱镜组(3)，经校色差棱镜组(3)以提高色散线性程度的光束进入超环反射面(4)，经超环反射面(4)进行色散校正后的反射光入射至棱镜组(3)再经所述透镜组(2)后进入折转反射镜(6)，并经折转反射镜(6)折转光路被所述探测器靶面(5)接收，本申请提供的Dyson棱镜光谱仪，通过引用不同色散特性材料的棱镜组成棱镜组(3)，对棱镜光谱仪的色散非线性进行改进，同时利用透镜组(2)进行整体像差校正，利用超环反射面(4)校正像散，使得棱镜色散的非线性得到改善，并且有着良好的像质。

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种Dyson棱镜光谱仪。

背景技术

目前大部分在轨卫星的分光机制为光栅方法，在对一些变化缓慢的物理化学量进行测量的过程中，往往由于变化量小，使得需要被监测的信号被淹没在背景噪声中无法分离。且棱镜分光方式虽可达到高能量透过率及更高的信噪比，但其色散的非线性也是应当考虑的因素，Dyson结构的问题来自于本身的狭缝不够长。所以一个长狭缝均匀色散的Dyson棱镜光谱仪有必要被设计，该种类光谱仪可对微变物理化学量进行良好的观测。

发明内容

鉴于此，有必要针对现有技术存在的缺陷提供一种长狭缝均匀色散的的Dyson棱镜光谱仪。

为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种Dyson棱镜光谱仪，包括狭缝(1)、校像差透镜组(2)、校色差棱镜组(3)、超环反射面(4)、探测器靶面(5)及折转反射镜(6)，其中：

入射光经所述狭缝(1)进入所述校像差透镜组(2)，经所述校像差透镜组(2)消除像差后的光束进入所述校色差棱镜组(3)，经所述校色差棱镜组(3)以提高色散线性程度的光束进入所述超环反射面(4)，经所述超环反射面(4)进行色散校正后的反射光入射至所述棱镜组(3)再经所述透镜组(2)后进入所述折转反射镜(6)，并经所述折转反射镜(6)折转光路被所述探测器靶面(5)接收。

在其中一些实施例中，所述校像差透镜组(2)由若干个透镜前后排列设置。

在其中一些实施例中，所述校色差棱镜组(3)由若干个棱镜前后排列设置，且其中前后两片棱镜顶角相同。

在其中一些实施例中，所述棱镜采用了silica或caf

在其中一些实施例中，所述超环反射面(4)的角度可以旋转，通过旋转其角度使得出射光与入射光夹角发生改变。

本申请采用上述技术方案具备下述效果：

本申请提供的Dyson棱镜光谱仪，入射光经所述狭缝(1)进入所述校像差透镜组(2)，经所述校像差透镜组(2)消除像差后的光束进入所述校色差棱镜组(3)，经所述校色差棱镜组(3)以提高色散线性程度的光束进入所述超环反射面(4)，经所述超环反射面(4)进行色散校正后的反射光入射至所述棱镜组(3)再经所述透镜组(2)后进入所述折转反射镜(6)，并经所述折转反射镜(6)折转光路被所述探测器靶面(5)接收，本申请提供的Dyson棱镜光谱仪，通过引用不同色散特性材料的棱镜组成棱镜组(3)，对棱镜光谱仪的色散非线性进行改进，同时利用透镜组(2)进行整体像差校正，利用超环反射面(4)校正像散，最终获得了全波段分辨率10nm，MTF>0.7，RMS<12um,狭缝长度90mm的光谱仪结构，且使得棱镜色散的非线性得到改善，并且有着良好的像质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的Dyson棱镜光谱仪的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的实现的色散线性图(波长-像面位置曲线)。

图3(a)为实施例提供的工作波段为900-2500nm，120mm狭缝Dyson棱镜光谱仪的色散线性图。

图3(b)为实施例提供的工作波段为400-900nm，120mm狭缝Dyson棱镜光谱仪的色散线性图。

其中：狭缝(1)、透镜组(2)、棱镜组(3)、超环反射面(4)、探测器靶面(5)、折转反射镜(6)。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

请参阅图1，为本申请提供的Dyson棱镜光谱仪的结构示意图，其工作波段为400-2500nm，光谱分辨率为10nm，入射狭缝90mm，RMS<12um，在截止频率25lp/mm下，MTF>0.7，包括：狭缝(1)、校像差透镜组(2)、校色差棱镜组(3)、超环反射面(4)、探测器靶面(5)及折转反射镜(6)。

本申请提供的Dyson棱镜光谱仪的工作方式如下：

入射光经所述狭缝(1)进入所述校像差透镜组(2)，经所述校像差透镜组(2)消除像差后的光束进入所述校色差棱镜组(3)，经所述校色差棱镜组(3)以提高色散线性程度的光束进入所述超环反射面(4)，经所述超环反射面(4)进行色散校正后的反射光入射至所述棱镜组(3)再经所述透镜组(2)后进入所述折转反射镜(6)，并经所述折转反射镜(6)折转光路被所述探测器靶面(5)接收。

在其中一些实施例中，所述校像差透镜组(2)由若干个透镜前后排列设置。

在其中一些实施例中，所述校色差棱镜组(3)由若干个棱镜前后排列设置，且其中前后两片棱镜顶角相同。

在其中一些实施例中，所述棱镜采用了silica或caf

可以理解，在校色差棱镜组(3)中，以silica、caf

在其中一些实施例中，所述超环反射面(4)的角度可以旋转，通过旋转其角度使得出射光与入射光夹角发生改变。

可以理解，通过调整超环反射面(4)的偏心角度，可以将狭缝(1)及出射光分开一定距离，以保证相关原件正常安装；由于校像差透镜组(2)及超环反射面(4)承担了大部分像差校正任务，校色差棱镜组(3)可以设置成普通球面以方便加工安装。

进一步地，由于上述Dyson棱镜光谱仪中存在着折转反射镜(6)，使得入射狭缝(1)、探测器靶面(5)有充裕的空间进行放置。

在本实施例中，折转反射镜(6)角度为45度，到出射面的距离为20mm，到后方相面(5)的距离为52mm。

且由于基础类型为Dyson光谱仪，因其有着自准直的特性，使得在进行棱镜光谱仪改进的过程中，可保证一定的像质，因为棱镜组(3)的设置，使得色散非线性得到校正。

参见附图2，为本实例光学系统全波段全视场在截止频率25lp/mm处的MTF曲线均大于0.7，接近衍射极限，成像质量良好。

参见附图3(a)及(b)，分别为实施例提供的工作波段为900-2500nm，120mm狭缝Dyson棱镜光谱仪的色散线性图及工作波段为400-900nm，120mm狭缝Dyson棱镜光谱仪的色散线性图，即波长-像面位置曲线，其中直线为理论线性分布，曲线为实际设计结果，从图中可看出两条曲线接近，系统色散线性程度得以提高。

本申请提供的Dyson棱镜光谱仪，通过引用不同色散特性材料的棱镜组成棱镜组(3)，对棱镜光谱仪的色散非线性进行改进，同时利用透镜组(2)进行整体像差校正，利用超环反射面(4)校正像散，最终获得了全波段分辨率10nm，MTF>0.7，RMS<12um,狭缝长度90mm的光谱仪结构，且使得棱镜色散的非线性得到改善，并且有着良好的像质，通过优化设计，最终使得整体成像质量接近衍射极限，使得棱镜光谱仪色散非线性得到校正，远优于一般棱镜光谱仪的线性程度。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。