大孔径面视场PG成像光谱仪的光学设计

第25卷一第4期2017年4月一一一一一一一一一一一一光学精密工程一O p t i c s a n dP r e c i s i o nE n g i n e e r i n g 一一一一一一一V o l .25一N o .4一A p

r .2017一一收稿日期:2016-08-30;修订日期:2016-09-15.一一基金项目:国家重大科学仪器设备开发专项(N o .2014Y Q 120351);国家重大科研装备研制项目(N o .Z D Y Z 2008-1);国家自然科学基金资助项目(N o .61505204);吉林省科技发展计划项目(N o .20140203011G X )文章编号一1004-924X (2017)04-0867-08

大孔径面视场P G 成像光谱仪的光学设计

杨一晋1,2,张一锐1,2?,潘明忠1,崔继承1

(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;

2.中国科学院大学,北京100049)

摘要:针对成像光谱仪通过狭缝进行线视场成像时存在的孔径较小二光学透过率较低等问题,研究了一种基于棱镜-光栅型分光结构的大孔径面视场成像光谱仪三该棱镜-光栅成像光谱仪采用表面浮雕型透射光栅,极大地降低了光栅的制作难度与成本三大孔径面视场的成像光谱仪相较于线视场成像光谱仪有较高光学效率和时间效率三但是面视场成像光谱仪的色畸变与谱线弯曲较难校正三本文将前端望远系统与分光系统进行一体化设计,满足远心光路匹配和孔径匹配,较好地校正了面视场光谱成像系统中的谱线弯曲和色畸变三并且通过加入非球面反射镜及校正镜很好的校正了由于大孔径面视场所引入的非对称性离轴像差三结果表明,设计的大孔径面视场P G 成像光谱仪光谱波段范围400~1000n m ,光学调制传递函数达到0.65以上,光谱分辨率达2.5n m ,全谱段不同视场的谱线弯曲小于5μm ,色畸变小于8μm 三关一键一词:成像光谱仪;大孔径;面视场;谱线弯曲;色畸变

中图分类号:T H 744.1一一文献标识码:A一一d o i :10.3788/O P E .20172504.0867O p t i c a l d e s i g no fP Gi m a g i n g s p e c t r o m e t e rw i t h l a r g e a p

e r t u r e a n d s u r

f a c e f i e l d Y A N GJ i n 1,2,Z H A N G R u i 1,

2?,P A N M i n g -z h o n g 1,C U I J i -c h e n g 1(1.C h a n g c h u n I n s t i t u t e o f O p t i c s ,F i n eM e c h a n i c s a n dP h y s i c s ,C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s ,C h a n g c h u n 130033,C h i n a ;2.U n i v e r s i t y o f C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s ,B e i j i n g 100049,C h i n a )?C o r r e s p o n d i n g a u t h o r ,E -m a i l :z h a n g r u i _g r a t i n g @1

63.c o m A b s t r a c t :A s l i n e a r f i e l d i m a g i n g b y s l i t l e d t o s m a l l a p e r t u r e a n d l o wo p t i c a l t r a n s m i t t a n c e i n i m a g i n g s p e c t r o m e t e r s ,a l a r g ea p e r t u r e i m a g i n g s p e c t r o m e t e rb a s e do n p r i s m -g r a t i n g (P G )c o m p

o n e n tw a s p r o p o s e d .T h eP Gi m a g i n g s p e c t r o m e t e r e m p l o y e da s u r f a c e -r e l i e f t y p e g r a t i n g w h i c hc a nr e d u c e t h e c o s t a n d f a b r i c a t i o n d i f f i c u l t y o f g r a t i n g s .A l t h o u g h t h e l a r g e a p e r t u r e i m a g i n g s p e c t r o m e t e r h a d h i g h -e r o p t i c a l e f f i c i e n c y a n d t i m e e f f i c i e n c y ,t h e c o l o r a b e r r a t i o n s a n d s p e c t r a l l i n e c u r v a t u r ew e r e d i f f i c u l t t o c o r r e c t .T h e r e b y ,t h e t e l e s c o p e s y s t e m w a s u n i f i e dw i t h t h e o p t i c a l s p l i t t i n g s y

s t e m ,w h i c h e n a b l e d t h e t e l o c e n t r i c o p t i c a l p a t h m a c ha n dt h ea p e r t u r em a t c h w i t ht h e p e r f e c t c o r r e c t i o no f s p e c t r a l l i n e c u r v a t u r e a n d c o l o r a b e r r a t i o n s .I na d d i t i o n ,a na s p h e r i cm i r r o r a n dc o r r e c t i o nm i r r o rw e r em o u n t e d t oc o m p e n s a t e t h e a s y m m e t r y a b e r r a t i o n .T h e r e s u l t sd e m o n s t r a t e t h a t t h e s p e c t r a l r a n g

eo f t h eP G 万方数据