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《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2012年
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大视场光纤成像光谱仪光学系统研究

程欣  
【摘要】:增大视场可以提高成像光谱仪的工作效率,大视场宽覆盖是下一代成像光谱仪的发展趋势。视场增大通常会导致遥感器质量和体积的增加,如何在获得大视场的同时具有小型化与轻量化的结构是每个成像光谱仪设计者应该权衡的问题。为了突破成像光谱仪质量与体积对视场的限制,提出使用光纤传像束代替色散型成像光谱仪中的狭缝来链接望远镜和光谱仪组成光纤成像光谱仪。利用线列光纤传像束柔软可拆分的特点,将望远镜的线性大视场拆分为若干个小视场,将它们折叠分离放置于光谱仪物面上,经过光谱仪分光成像至同一焦平面上。因为这些小视场独立成像且共用一个光谱仪和探测器,这不仅能显著增大视场,而且能有效减小体积和谱线畸变。在光谱仪结构的选择方面,同心结构被公认为适合用作光谱成像系统,分析并总结了若干同心光谱成像结构的特点,最终选用Offner结构Féry棱镜双通结构作为光谱成像系统。根据研究目标,设计了一个星载大视场光纤成像光谱仪,其线视场为72mm,介绍了设计过程并给出设计结果。设计结果表明,这种光谱仪既继承了Offner结构结构小畸变小的优点,又克服了光栅光谱仪衍射效率低、谱线级次重叠的缺点。 光纤成像光谱仪是二重采样成像系统,不满足线性空间不变条件,并且光纤束的耦合作用与系统存在的像差和指标偏差会使采样过程变得混乱复杂,导致成像质量的下降,因此需要重新建立调制传递函数(MTF)来评价其像质。从线扩散函数出发,推导出二重采样系统的线扩散函数计算公式,建立了级联MTF计算模型。利用该模型评价了设计的光纤成像光谱仪,为了体现光纤成像光谱仪的优点,将其与狭缝型Offner光栅光谱仪在同等指标要求下作比较,给出了主要指标的比较结果。比较结果表明,光纤光谱仪的体积为后者的约1/5,畸变也得到了控制,但像质有所下降,这表明光纤光谱能同时获得大视场和小体积是以牺牲部分MTF值为代价的。光纤束在光能传输过程中存在F数退化和耦合效率不高的缺点,对此提出在光纤束两端使用微透镜阵列组成光纤-微透镜阵列模块。分析了光纤-微透镜阵列光谱仪的工作原理和采样过程。分析表明它克服了光纤光谱仪的缺点,性能指标突出,但结构复杂研制难度大,若要工程化尚需作进一步研究。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TH744.1

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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6 刘晓博;色散型成像光谱仪光学系统物理效应的建模与仿真[D];西安电子科技大学;2012年
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