大视场高分辨率P+G+P光谱仪谱线弯曲校正方法

作     者：郑强 郑玉权 蔺超 张佳伦 Zheng Qiang;Zheng Yuquan;Lin Chao;Zhang Jialun

作者机构：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院光学系统先进制造重点实验室吉林长春130033 

出 版 物：《光学学报》 (Acta Optica Sinica)

年 卷 期：2025年第45卷第2期

页      面：254-263页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家重点研发计划(2022YFB3904804) 

主　　题：光学器件 棱镜+光栅+棱镜 大视场 光学设计 谱线弯曲 

摘      要：大视场高分辨率光谱成像系统往往伴随着严重的谱线弯曲,会大大增加光谱信息提取难度,降低系统获取信息的准确性,因此在光学设计过程中需要将谱线弯曲作为重要指标进行优化处理。针对这一问题,提出利用棱镜与光栅以棱镜+光栅+棱镜(P+G+P)的组合方式对谱线弯曲进行校正,结合该结构谱线弯曲特性以及色散特性,通过理论推导得到P+G+P色散模型,并建立P+G+P校谱线弯曲参数组合解算方法,最终解算并设计一套大视场高分辨率校谱线弯曲P+G+P光谱仪光学系统。该系统适用于温室气体探测中O2-A波段的探测,具有60 mm的长狭缝,工作波段为747~777 nm,并且系统具有较宽的色散谱面以达到高分辨率。最终设计与优化结果表明:系统色散谱面宽度达15 mm,平均光谱分辨率达0.0386 nm,在Nyquist频率为25 lp/mm处,全波段MTF(modulation transfer function)均优于0.6,RMS(root mean square)点列图小于12μm,最大视场处校正后的谱线弯曲小于1 pixel(20μm),色畸变接近0.5 pixel。该设计方法实现了对大视场高分辨率P+G+P光谱仪系统谱线弯曲的有效校正,使系统具有很好的成像质量。