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原文传递一种基于临边观测的差分吸收成像光谱仪光学系统

专利名称：	一种基于临边观测的差分吸收成像光谱仪光学系统
摘要：	本发明公开了一种基于临边观测的差分吸收成像光谱仪光学系统，包括摆扫镜系统、离轴三反望远成像系统和Offner‑Littrow光谱成像系统。摆扫镜系统由摆镜构成；离轴三反望远成像系统主要由离轴三反望远镜构成，并含孔径光阑、退偏器和分色片；Offner‑Littrow光谱成像系统具体由入射狭缝、探测器、凸面光栅、凹面反射镜和像差校正透镜构成；摆镜通过扫描将探测的临边信息引入离轴三反望远成像系统，通过分色片分成三个独立的光谱通道，分别聚焦到Offner‑Littrow光谱成像系统入射狭缝处。相应光谱信息经像差校正透镜准直到凹面反射镜反射，由凸面光栅分光至凹面反射镜，再经像差校正透镜聚焦到探测器。本发明保证测量准确性，使整体光学系统体积紧凑。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国科学院合肥物质科学研究院
发明人：	司福祺;江宇;陈军;周海金;沈威;刘凤垒;赵敏杰;赵欣;窦科
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T09:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010020214.0
公开号：	CN111208074A
代理机构：	北京科迪生专利代理有限责任公司
代理人：	邓治平
分类号：	G01N21/31;G01N21/01;G01J3/28;G01J3/12;G;G01;G01N;G01J;G01N21;G01J3;G01N21/31;G01N21/01;G01J3/28;G01J3/12
申请人地址：	230031 安徽省合肥市蜀山湖路350号
主权项：	1.一种基于临边观测的差分吸收成像光谱仪光学系统，其特征在于：所述的光学系统包括摆扫镜系统、离轴三反望远成像系统和Offner-Littrow光谱成像系统；所述摆扫镜系统包括窗口(1)、摆镜(2)；探测临边信息光经窗口(1)，通过摆镜(2)扫描进入后续离轴三反望远成像系统；所述离轴三反望远成像系统包括：主镜(4)、孔径光阑(5)、次镜(6)和第三反射镜(7)，并且在主镜的前端加置退偏器(3)，在第三反射镜(7)后端包括有两个分色片，即第一分色片(8)和第二分色片(9)，所述离轴三反望远成像系统中，摆镜(2)出射的探测光经退偏器(3)反射到主镜(4)，经过孔径光阑(5)入射到次镜(6)后反射至第三反射镜(7)，离轴三反望远成像系统通过第一分色片(8)、第二分色片(9)形成三个光谱通道，即第一通道(290-380)nm、第二通道(375-480)nm、第三通道(520-610)nm；其中所述Offner-Littrow光谱成像系统，和离轴三反望远系统相应谱段匹配也分成三个通道，即第I通道的(290-380)nm、第II通道(375-480)nm、第III通道(520-610)nm，具体包括第I通道的Offner-Littrow光谱成像系统由第I通道入射狭缝(10)、第I通道像差校正透镜(11)、第I通道凹面反射镜(12)、第I通道凸面光栅(13)、第I通道探测器(14)组成，第II通道的Offner-Littrow光谱成像系统由第II通道入射狭缝(15)、第II通道像差校正透镜(16)、第II通道凹面反射镜(17)、第II通道凸面光栅(18)、第II通道探测器(19)组成，第III通道的Offner-Littrow光谱成像系统由第III通道入射狭缝(20)、第III通道像差校正透镜(21)、第III通道凹面反射镜(22)、第III通道凸面光栅(23)、第III通道探测器(24)组成，目标物为(290-380)nm波段的光从第一分色片(8)反射后聚焦到第I通道的(290-380)nm入射狭缝(10)处，目标物为(375-480)nm波段的光从第二分色片(9)反射后聚焦到第II通道(375-480)nm入射狭缝(15)处，目标物为(520-610)nm波段的光从第二分色片(9)透射后聚焦到第III通道(520-610)nm入射狭缝(20)处；第一通道(290nm-380nm)波段的光信息从第I通道入射狭缝(10)经过第I通道像差校正透镜(11)进入Offner-Littrow成像光谱仪系统，由第I通道凹面反射镜(12)反射至第I通道凸面光栅(13)，分光后转折至第I通道凹面反射镜(12)处，再经像差校正透镜(11)聚焦到第I通道的探测器(14)上；第二通道(375nm-480nm)波段的光信息从第II通道入射狭缝(15)经过第II通道像差校正透镜(16)进入光谱仪，由第II通道凹面反射镜(17)反射至第II通道凸面光栅(18)，分光后转折至第II通道凹面反射镜(17)处，经像差校正透镜(16)聚焦到第II通道探测器(19)上；第三通道(520nm-610nm)波段光信息从第III通道入射狭缝(20)经过第III通道像差校正透镜(21)进入光谱仪，由第III通道凹面反射镜(22)反射至第III通道凸面光栅(23)，分光后转折至第III通道凹面反射镜(22)处，经像差校正透镜(21)聚焦到第III通道探测器(24)上。 2.根据权利要求1所述的一种基于临边观测的差分吸收光谱仪光学系统，其特征在于：所述光学系统由分色片分成三个光谱探测波段(290nm-380nm)、(375nm-480nm)、(520nm-610nm)分别进行光谱成像设计，根据上述探测波段分成三个独立的Offner-Littrow光谱成像系统。在每个Offner-Littrow光谱成像系统中，第I通道入射狭缝(10)和第I通道探测器(14)位于第I通道像差校正透镜(11)中心线的上下对称分布，能够使得入射狭缝(10)远离探测器(14)，从而确保其它装在光谱成像系统上的装置没有遮挡入射狭缝(10)；同样，第II通道入射狭缝(15)和第II通道探测器(19)位于第II通道像差校正透镜(16)中心线的上下对称分布、第III通道入射狭缝(20)和第III通道探测器(24)位于第III通道像差校正透镜(21)中心线的上下对称分布；第I通道像差校正透镜(11)、第II通道像差校正透镜(16)、第III通道像差校正透镜(21)均为同心弯月透镜设计，用来校正由于相对孔径增大引起的像差。 3.根据权利要求1所述的一种基于临边观测的差分吸收光谱仪光学系统，其特征在于：所述离轴三反望远系统：采用两块非球面反射镜和一块球面镜组成，其中主镜(4)和第三反射镜(7)均采用二次曲面设计，次镜(6)考虑装调方便，采用球面镜设计；通过对孔径光阑(5)合适的倾斜，实现无中心遮拦，同时具有分辨率高、体积小、平像场等优点。这里设置孔径光阑(5)位于次镜(6)上，中心视场倾斜，光阑(5)不离轴；离轴三反望远成像系统的镜片材料为热膨胀系数超低的材料组成，这里用的是微晶玻璃，离轴三反望远系统的镜片均镀宽带铝膜，实现紫外可见宽波段的高效反射。 4.根据权利要求1所述的一种基于临边观测的差分吸收光谱仪光学系统，其特征在于：摆镜(2)对临边观测垂直方向进行摆扫，将临边探测的光信息引入离轴三反望远系统，摆镜(2)具体材料选用碳化硅，摆镜(2)后端和离轴三反望远成像系统之间设置退偏器(3)，退偏器(3)采用石英晶体加工，第一分色片(8)和第二分色片(9)材料采用熔融石英玻璃，并镀分色膜，其中第二分色片(9)出光面采用高次非球面设计。 5.根据权利要求1所述的一种基于临边观测的差分吸收光谱仪光学系统，其特征在于：离轴三反望远成像系统设计必须满足以下要求：①具有像方远心结构；②与后端Offner-Littrow光谱成像系统的凸面光栅分光系统数值孔径匹配。 6.根据权利要求1所述的一种基于临边观测的差分吸收光谱仪光学系统，其特征在于：所述第I通道凸面光栅(13)、第II通道凸面光栅(18)、第III通道凸面光栅(23)可以是凸面的Rowland光栅，也可以是凸面的像差校正光栅。 7.根据权利要求1所述的一种基于临边观测的差分吸收光谱仪光学系统，其特征在于：所述第I通道凹面反射镜(12)、第II通道凹面反射镜(17)、第III通道凹面反射镜(22)均采用ULE光学玻璃，第I通道像差校正透镜(11)、第II通道像差校正透镜(16)、第III通道像差校正透镜(21)采用熔融石英玻璃制作，分别镀相应通道的紫外可见波段增透膜。
所属类别：	发明专利