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二元光学元件应用于超光谱成像性能研究

孙伟  
【摘要】: 二元光学衍射元件具有多种应用,用作透镜,在原理上色差非常大。二元光学衍射透镜成像光谱技术就是利用二元光学衍射元件的这种特性来同时完成色散和成像的新兴超光谱成像技术,二元光学衍射透镜成像光谱仪具有光谱分辨率高、结构紧凑、重量轻、坚固耐用、价格低廉,便于实现小型化和轻量化等优点。本文对利用二元光学衍射透镜轴向色散的光谱成像性能进行了系统的分析与研究,用两种方案设计了利用二元光学衍射透镜的成像光谱分光系统,进行了成像性能分析与软件模拟,取得了很好的效果。 本文第一章概述了二元光学的发展概况,二元光学衍射元件的特点和应用,及成像光谱技术的基本原理、常见光谱仪器类型。指出了采用二元光学衍射透镜特殊色散的成像光谱技术是光谱层析技术和窄带滤波技术相结合。第二章介绍了二元光学衍射透镜的成像特性,指出了二元光学衍射透镜的独特的色散特性。第三章详细介绍了二元光学衍射透镜成像光谱技术的分光原理、放大率恒定的变焦系统设计、光谱分辨率及此光谱成像技术的优缺点。第四章详细讨论了二元光学衍射透镜成像光谱仪的结构和设计思想、提出了两种工作于可见波段的分光系统的设计方案。二元光学衍射透镜置于消色差反射系统或折射系统的前焦面上设计思想的提出,解决了系统的放大率随波长变化的问题。用CODE V光学设计软件设计了工作在0.5μm-0.9μm波段,光谱分辨率为10nm(在设计波长632.8nm),系统焦距(EFL)300mm,入瞳直径60mm,总视场(TFOV)为±0.9°(在设计波长632.8nm)的反射式和折射式光学系统。设计结果表明,光学系统结构设计简单,减小了系统的重量,具有很好的消像差特性。此系统的图像分辨率高,保证了可见光焦平面凝视阵列探测器的配准精度和探测精度,便于实现高精度的精密探测。第五章对论文进行了总结和二元光学衍射透镜超光谱探测技术发展的展望。


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