星载成像光谱仪杂散光检测技术
第３卷第４期 ２０１０年８月 中国光学与应用光学
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖ０１．３ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１０
文章编号１６７４－２９１５（２０１０）０４－０３３７－－０６
星载成像光谱仪杂散光检测技术
张军强 ，吴清文 ，颜昌翔
（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．中国科学院研究生院，北京１０００３９）
摘要：介绍了星载成像光谱仪杂散光检测技术在国内外的发展状况，阐述了成像光谱仪杂散光的定义、来源和危害，分析 了杂散光检测的必要性。通过截止滤光片法、光谱法、谱杂散光系数法、级数透过率法、氧气吸收光谱及参数拟合法、卷 积计算法和矩阵修正法等７种光谱仪器杂散光检测方法优缺点的对比，给出了星载成像光谱仪杂散光检测技术的具体 要求和发展趋势，认为单一的检测技术很难满足工程研制的实际需要，针对各研制阶段的组合检测技术将是星载成像光 谱仪杂光检测的发展方向。 关键词：杂散光；杂散光检测；成像光谱仪 中图分类号：ＴＰ７３；Ｖ２４３．５ 文献标识码：Ａ
Ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ
ｓｐａｃｅ－ｂｏｒｎｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ
ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎ—ｑｉａｎｇ‘ ，ＷＵ Ｑｉｎｇ．ｗｅｎ ，ＹＡＮ Ｃｈａｎｇ．ｘｉａｎｇ
（１．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＯｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００３３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｕｎｉｖｅｍｉ￣ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ａ ｓｐａｃｅ ｂｏｒｎｅ ｉｍａｇｉｎｇ
ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｉｔ Ｓ ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ ｈａｒｍｆｕｌｎｅｓｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｃｕｔ—ｏｆｆ ｆｉｌｔｅｒ ｍｅｔｈｏｄ，ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｍｅｔｈｏｄ，ｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｆａｃｔｏｒ ｍｅｔｈｏｄ，ｓｅｒｉｅｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｍｅｔｈ０ｄ。ｏｘｙｇｅｎ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒａ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｆｉｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｔｏ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅｉｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｐａｃｅ—ｂｏｒｎｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ．ｔｈｅ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｓｐａｃｅ－ｂｏｒｎｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．ｗｈｉｃｈ ｐｏｉｎｔ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｃａｎ ｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ
ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ａ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｐａｃｅ．ｂｏｒｎｅ
收稿日期：２０１０－０１—１１；修订１３期：２０１０－０３—１３ 基金项目：国防预研基金资助项目（Ｎｏ．Ｏ５００１ＳＡ０５０）
３３８ 中国光学与应用光学 第３卷
ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ；ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ
１ 引 言
近年来，高质量的遥感图像在军事、地质、环
境、农业等各领域得到了广泛的应用，人们对直接
影响遥感仪器成像质量的杂散光也进行了大量的
研究。罗伯特等人曾对杂散光做了较为深入的分 析和总结¨ Ｊ，史蒂芬等人对地基天文望远系统
的杂散光抑制方法进行了研究 Ｊ，美国在深空探
索望远镜ＳＮＡＰ（Ｓｕｐｅｒ Ｎｏｖａ／Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ
Ｐｒｏｂｅ） 研制过程中也对杂散光做了深入的研
究。在我国，早在８０年代刘瑞祥等人就对杂散光
进行了研究，并提出经典的“黑体法”测量望远镜 的杂散光 ７１。近年来，王平阳、李婷等人也对杂
散光做了定量分析和数值模拟 』，史光辉、钟
兴、李欣耀等人则对消杂散光措施进行了详细研 究 。 ］。
当前，国内对光学遥感仪器的杂散光研究主
要集中在望远镜系统，而对光谱仪器的杂散光研 究较少¨ ，只有禹秉熙、于洵等人在２０世纪初对
单色仪和非单色仪杂散光做了一些分析和测量工 作¨ ， ｊ，而对高分辨率成像光谱仪杂散光的分析
和检测在国内尚少有报道。在国外，以美国的
ＣＨＲＩＳ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｈｉｇｈ—ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｈｎａｇｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ—
ｅｔｅｒ）和德国的ＥｎＭＡＰ（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍａｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｐｒｏｇｒａｍ）为代表的新一代高分辨成像光
谱仪都将杂散光的分析和检测作为一个重要的课 题进行了深入研究Ｉ１ ”ｊ。为了降低杂散光引起
的光谱仪分光测量误差，Ｙｕｑｉｎ Ｚｏｎｇ等人甚至用
单色仪精确测量了光谱仪的杂散光并建立杂散光 矩阵，通过软件实现了杂散光的实时修正¨ 。
总之，在７０年代到９０年代之间，人们对杂散 光研究的重点由杂散光测量转向杂散光分析，杂
散光测量仅作为最终设计评估的手段。但９０年
代以来，人们对杂散光的研究又回到了杂散光的
测量方向，而且是杂散光分析、测量和修正的统
一，杂散光测量作为杂散光修正的前提和基础，日
益凸现出其重要性。 ２ 星载成像光谱仪杂散光分析
某星载成像光谱仪的光路如图１所示，工作
波段为４００～２ ５００ ｎｍ，为了同时达到高分辨、大
视场和较低的体积和重量，望远镜采用非球面主
镜、次镜和第三镜构成离轴非球面三反射镜系统
（Ｔｈｒｅｅ—ｍｉｒｒｏｒ Ａｎａｓｔｉｇｍａｔ，ＴＭＡ），光谱仪采用的非 球面准直镜和成像镜也构成离轴非球面系统，光
谱仪的色散元件为复合棱镜。
图１ 超光谱成像仪的光学结构 Ｆｉｇ．１ Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｐｅｒ—ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ
ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ
光谱仪器的杂散光大小与人射光源和探测器
有关，通常用杂散光系数表示光谱仪器的杂散光
水平，即在光谱仪标称波长上，除该波长以外所有
其他波长的辐射能量之和与标称波长的辐射能量
之比。 与普通光栅单色仪不同，本文研究的成像光
仪的光学系统采用复合棱镜分光，棱镜表面镀增 透膜，没有光栅光谱仪中零级和高级光谱干扰及 光栅刻划鬼线等杂散光¨ 。此外，针对接受器件
独立设计的入射狭缝有效避免了光线相混现象，
也大大降低了望远镜系统杂散光对光谱仪系统的
影响。光谱仪杂散光的来源主要有以下两个方
面： １）反射镜、棱镜等光学器件表面灰尘及缺陷
引起的杂散光；
弟４期 张军强，等：星载成像光谱仪杂散光检测技术 ３３９
２）框架内壁、反射镜边缘的反射引起的杂散
光。 光谱仪的杂散光会造成一定的背景，降低系 统信噪比，直接导致光谱仪分光测量误差增大，大
大降低光谱仪测量精度 ’ 。美国、德国等也将
杂散光的分析和检测纳入新一代高分辨成像光谱 仪的研制计划中 ’”。
随着星载成像光谱仪的光谱分辨率和光谱测
量精度的不断提高，杂散光将逐渐成为制约星载
成像光谱仪发展的重要因素之一，必须引起足够
的重视。
，｝ ３ 光谱仪器杂散光检测的常用方法
ｎ 关于光谱仪器杂散光的检测，人们已经做过
许多研究工作。在国外，截止滤光片测其透过率
法 、光谱法 、级数透过率法 、卷积计算
法 等早已应用于单色仪的杂散光测量，矩阵修 正法¨ 也被用于成像光谱仪的杂散光修正；在国
内，谱杂散光系数法¨ 、光学玻璃截止滤光片
法 Ｊ、氧气吸收光谱及参数拟合法 等也被应
用于单色仪和非单色仪的杂散光检测。
３．１截止滤光片法
国内外均有学者曾使用截止滤光片法检测光
谱仪器的杂散光。截止滤光片法的基本原理是选
择合适光谱透过率的滤光片，将其放在被测光谱 仪器入射狭缝前进行测量，并 不加滤光片时的
测量结果比较，再南其光谱透过率值汁算杂散光。 截止滤光片＇『去的优点是检测设备简单、效率
高，适合光谱仪器装调的过程检测。但是，由于只
能检测截止滤光片起始波长一侧的杂散光，另一
侧的杂散光没有检测出来，所以检测结果较实际
值小，且与光源特性有关。此外，短波带通长波截
止的滤光片不宜制作，这也成为制约窄带滤光片
应用范围的原广大ｊ之一。
３．２光谱法 光谱法是利用单色光照射光谱仪器的入射狭
缝，测量光谱仪器输出的光谱分布，进而分析光谱
仪器杂散光的一种测量方法。 光谱法测得的光谱分布即入射单色光经过光
谱仪器后的点扩散函数，能真实反映仪器杂散光 特性，后来还被广泛应用于光谱仪器的光谱标定
领域。但是，这种方法需要较强的单色光源，并且 探测器的信噪比要求较高。
３．３谱杂散光系数法 禹秉熙在９０年代初提出了用谱杂散光系数
来表示单色仪的杂散光，其原理是首先不放被测
单色仪，用探测器测量测试用单色仪（用于产生
单色光）的光谱辐射通量Ｅ（Ａ），探测器的信号输 出为：
ｖ０（Ａ。）＝ Ｅ（Ａ。）Ｅ（Ａ ）ＡＡ． （１）
然后，把被测单色仪放入测试用单色仪的出
射光路上，通过被测单色仪出射的光谱辐射通量
为Ｅ（Ａ）．ｒ （Ａ），探测器的信号输出为：
（Ａ ）＝ Ｅ（Ａ ）Ｒ（Ａ ）７ （Ａ ）△Ａ， （２）
式中，ＯＬ为光电转换放大系数，Ｒ（Ａ）为探测器的
光谱响应，△Ａ为带宽，－／＇ｊ（Ａ）为标称波长Ａ 上被
测单色仪的光谱透过率。
由式（１）、式（２）可得出被测单色仪在标称波
长上的光谱透过率，即谱杂散光系数：
（ａｉ）＝ ． （３）
谱杂散光系数法的检测结果与光源、探测器
等测试条件无关，能较真实地描述仪器的杂散光
特性，但是操作较复杂，应用也不够简便。 ３．４级数透过率法
级数透过率法最早是由Ｃ．Ｍｉｒａｎｄ和Ｐ．Ｃｏｎｔｅ
等人提出来的，其基本原理是利用某种满足Ｂｅｅｒ
定律的溶液，将其配成几种不同的浓度，并且使其
成像光谱仪光谱与辐射定标
成像光谱仪的光谱定标和辐射定标的目的是为了确定遥感传感器的波段中心波长和带宽，以及光谱响应函数，并监测仪器性能的变化，相应调整定标参数。
光谱定标是通过各种标准辐射源，在不同波谱段建立成像光谱仪入瞳处的光谱辐射亮度值与成像光谱仪输出的数字量化值之间的定量关系。具体来说，它是在仪器运行之后，还需要定期定标，以监测仪器性能的变化，相应调整定标参数。
辐射定标是建立成像光谱仪入瞳处的光谱辐射亮度值与标准辐射源的定量关系。它通过各种标准辐射源，如绝对辐射源（如标准辐射源、标准灯）或相对辐射源（如黑体辐射源），在成像光谱仪的入瞳处进行定标，以确定各波段的光谱辐射亮度值。
此外，在遥感数据获取中，专门针对航空遥感尤其是无入机遥感载荷的定标场建设及外场光谱与辐射定标理论方法研究的缺失，严重影响了航空遥感数据定量化水平。因此，建设专门的定标场并开展外场光谱与辐射定标理论方法研究是非常必要的。
总的来说，成像光谱仪的光谱与辐射定标是为了提高遥感数据的准确性和可靠性，是遥感数据获取的重要环节。
星载超光谱成像仪杂散光及其测量
第３Ｏ卷，第ｌ０期 ２ ０ １ ０年１ ０月 光谱学与光谱分析 Ｖｏ１．３０，Ｎｏ．１０，ｐｐ２８６１—２８６５ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｏｃｔｏｂｅｒ，２０１０
星载超光谱成像仪杂散光及其测量
张军强 ，吴清文 ，颜昌翔
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．中国科学院研究生院，北京 １０００４９
摘要超光谱成像仪比一般光谱仪器具有更多的光谱通道和更高的光谱分辨率，而杂散光是影响超光谱
成像仪光谱测量精度的重要因素之一，当前光谱仪器的杂散光测量方法尚不能满足超光谱成像仪杂散光检
测的需要。作者探讨了此类成像光谱仪杂散光的定义、来源和危害，论述了使用杂散光影响因子ｄｉ，，描述光
谱仪杂散光的可行性和优越性，并给出了杂散光受扰系数 （ ）和杂散光干扰系数Ｆ（ ）的定义、物理意义
和工程应用价值。最后，介绍了使用窄带滤光片测量星载超光谱成像仪杂散光的测量系统组成、测量步骤和
测营结果。结果表明：杂散光影响因子ｄ 能正确表示光谱仪的杂散光特性，与光源、滤光片、探测器等测
量条件无关，而测量效率比谱杂散光系数法至少提高ｌ倍，满足星载超光谱成像仪杂散光测量的工程需要。
关键词 杂散光；杂散光测量；超光谱成像仪；窄带滤光片
中图分类号：Ｏ４３３．１ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．ｉ０００—０５９３（２０１０）１０—２８６１—０５
引 言
随着军事、地质、宇宙探索等各领域对高质量遥感图像
的需求，一度曾被忽视而又直接影响图像质量的杂散光正重
新引起人们的重视。罗伯特等人曾对杂散光作了较为深入的 分析和总结ｌ１ｊ，史蒂芬等人对地基天文望远系统的杂散光抑
制方法进行ｒ研究ｌ２］，在美国的深空探索望远镜ＳＮＡＰ研制 过程中也对杂散光作了深入的研究ｌ３］。在我国，早在８Ｏ年代
刘瑞祥等人就对杂散光进行了研究，并提出经典的“黑体法”
光谱仪技术参数
光谱仪技术参数
1、单入口狭缝、单CCD出口
2、*光谱仪零像差
3、*光谱仪聚焦长度≥320mm
4、*光谱分辨率0.08nm@435nm整个焦平面
5、空间分辨率：≥15 line pairs/mm @ 50% modulation, 焦平面中心；≥ 8 line pairs/mm @ 50%
modulation, 整个 27 x 8 mm 焦平面
6、F数≤4.6
7、3光栅塔轮，提供三块光栅300刻线、600刻线、1200刻线
8、杂散光抑制比2×10-5
9、搭配显微镜接口，接口内含动态狭缝，10μm-3mm可调狭缝和12×12mm成像孔径
技术服务要求
1.设备安装调试: 在买方指定的地点完成安装调试，并配合买方进行测试验收。
2.质保期保修12个月,终身维修，质保期外只收硬件成本费。
3.维修响应时间: 接到维修通知后，1个工作日内作出响应，3个工作日内到场排除故障。
注：该设备办理免税，如不能办理免税，所有费用由中标公司承担。
模块化稳态荧光光谱仪 Fluorolog-QM
模块化稳瞬态荧光光谱仪Fluorolog-QM™系列
新一代高灵敏度、高灵活性滚滚长江东逝水Fluorolog-QM™
Series
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独特优势
2Fluorolog-QM™
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“仪器性能、通用性及操作便捷性的飞跃提升”
反射式光路设计，保证全波长范围性能优化
高灵敏度保证
优异的杂散光抑制比，像差校正长焦长单色仪（单级：350 mm，双级：700 mm）
新一代专业分析软件，满足所有稳态和寿命测试需求，具有多种全新功能
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可同时连接4种光源和6个检测器，且全部由电脑控制，实现多功能测试
即插即用，100 MHz脉冲光源，强化TCSPC寿命功能
近红外稳态和磷光寿命检测波长至5500 nm
优化的光学设计，深紫外激发（低至180 nm），无臭氧
DeltaDiode, DataStation, DAS6, FelixFL, FluorEssence, EzSpec, EzTime, NanoSizer都是
3技术和应用Fluorolog-QM 涵盖广泛的发光相关研究
材料研究
● 地球科学
4混合体系瞬时反应三维光谱
偏振和各向异性磷光
吸收及透射时间分辨发射谱
滴定测试
荧光/磷光寿命测试比率荧光
量子产率
微孔板分析仪微区分析
低温荧光
温度控制上转换
荧光
时间相关动力学•Food Science•Life Sciences
5
● 化学
● 食品科学
●
生命科学纳米材料科学化学分析科学
生物物理学
高分子
化妆品材料研究
食品科学石油化工
地质学
法医学光伏领域
稀土元素环境科学制药行业
需要更深紫外的光源?
6荧光光谱仪灵敏度测试的行业标准是根据水拉曼计算信噪比。
Fluorolog-QM的信噪比在标准测试中已被证实具有超高水平，
并且是在使用超低功率光源条件下实现的。
分辨率对光致发光研究至关重要。高质量的分辨率可实现材料科
学和分析化学等研究领域至关重要的光谱细节表征。分辨率是检
星载成像光谱仪杂散光检测技术
第３卷第４期 ２０１０年８月 中国光学与应用光学
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖ０１．３ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１０
文章编号１６７４－２９１５（２０１０）０４－０３３７－－０６
星载成像光谱仪杂散光检测技术
张军强 ，吴清文 ，颜昌翔
（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．中国科学院研究生院，北京１０００３９）
摘要：介绍了星载成像光谱仪杂散光检测技术在国内外的发展状况，阐述了成像光谱仪杂散光的定义、来源和危害，分析 了杂散光检测的必要性。通过截止滤光片法、光谱法、谱杂散光系数法、级数透过率法、氧气吸收光谱及参数拟合法、卷 积计算法和矩阵修正法等７种光谱仪器杂散光检测方法优缺点的对比，给出了星载成像光谱仪杂散光检测技术的具体 要求和发展趋势，认为单一的检测技术很难满足工程研制的实际需要，针对各研制阶段的组合检测技术将是星载成像光 谱仪杂光检测的发展方向。 关键词：杂散光；杂散光检测；成像光谱仪 中图分类号：ＴＰ７３；Ｖ２４３．５ 文献标识码：Ａ
Ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ
ｓｐａｃｅ－ｂｏｒｎｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ
ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎ—ｑｉａｎｇ‘ ，ＷＵ Ｑｉｎｇ．ｗｅｎ ，ＹＡＮ Ｃｈａｎｇ．ｘｉａｎｇ
（１．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＯｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００３３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｕｎｉｖｅｍｉ￣ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ａ ｓｐａｃｅ ｂｏｒｎｅ ｉｍａｇｉｎｇ
星载成像光谱仪杂散光测量与修正
第１９卷第３期 ２０１１年３月 光学精密工程 Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．１９ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２Ｏ１１
文章编号 １００４－９２４Ｘ（２０１１）０３—０５５２—０９
星载成像光谱仪杂散光测量与修正
张军强 ，吴清文 ，颜昌翔
（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．中国科学院研究生院，北京１０００３９）
摘要：分析了星载成像光谱仪杂散光的来源和危害，研究了杂散光对此类光谱仪光谱测量精度的影响。介绍了用点扩散 函数描述成像光谱仪杂散光的原理，推导了杂散光影响矩阵和杂散光修正矩阵的求解，给出了杂散光测量和修正的具体 方案，并对测量和修正精度进行了分析。实验表明，基于点扩散函数的矩阵法可实现成像光谱仪杂散光的测量和修正。 像元中心波长入射时，修正后有效信号降低不足１ ，杂散光信号降低至少９９ ；像元中心波长和非像元中心波长同时 入射时，修正后像元中心波长处有效信号降低７ 左右，非像元中心波长处有效信号降低２５ 左右，杂散光信号降低近 ５Ｏ 。最后，从原理上解释了杂散光修正效果受入射光波长影响的原因。 关键词：成像光谱仪；杂散光；杂散光测量；点扩散函数 中图分类号：ＴＰ７３ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１１１９０３．０５５２
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｏｆ
ｓｐａｃｅ－ｂｏｒｎｅ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ
ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎ—ｑｉａｎｇ ，ＷＵ Ｑｉｎｇ—ｗｅｎ ，ＹＡＮ Ｃｈａｎｇ—ｘｉａｎｇ
（１．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００３３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３９，Ｃｈｉｎａ）
offner成像光谱仪的设计方法
offner成像光谱仪的设计方法
英文回答：
Designing an Offner imaging spectrometer involves
several key steps and considerations. The Offner
configuration is a popular choice for its compactness and
ability to provide high spectral resolution. Here is a
step-by-step guide to designing an Offner imaging
spectrometer:
1. Determine the spectral range and resolution
requirements: The first step is to define the desired
spectral range and resolution for the spectrometer. This
will depend on the specific application and the types of
samples or phenomena that need to be analyzed.
2. Select the correct optics: The Offner configuration
consists of two concave mirrors and a convex grating. The
choice of optics is crucial to achieve the desired
performance. The mirrors should have a high reflectivity and low scattering, while the grating should have a high
激光拉曼光谱仪实验报告
-
. z. 近代物理实验报告
激光拉曼实验
学 院
班 级
姓 名
学 号
时 间 2014年5月24日
激光拉曼实验 实验报告
【目的要求】
1.学习和了解拉曼散射的根本原理；
2.学习使用激光拉曼光谱仪测量CCL4的谱线；
【仪器用具】
LRS-3型激光拉曼光谱仪、CCL4、计算机、打印机
【原 理】
1. 拉曼散射
当平行光投射于气体、液体或透明晶体的样品上，大局部按原来的方向透射
而过，小局部按照不同的角度散射开来，这种现象称为光的散射。散射是光子与物质分子相互碰撞的结果。由于碰撞方式不同，光子和分子之间会有多种散射形-
. z. 式。
⑴ 弹性碰撞
弹性碰撞是光子和分子之间没有能量交换，只是改变了光子的运动方向，使得散射光的频率与入射光的频率根本一样，频率变化小于3×105HZ，在光谱上称为瑞利散射。瑞利散射在光谱上给出了一条与入射光的频率一样的很强的散射谱线，就是瑞利线。
⑵ 非弹性碰撞
光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，这不仅使光子改变了其运动方向，也改变了其能量，使散射光频率与入射光频率不同，这种散射在光谱上称为拉曼散射，强度很弱，大约只有入射线的10-6。
由于散射线的强度很低，所以为了排除入射光的干扰，拉曼散射一般在入射线的垂直方向检测。散射谱线的排列方式是围绕瑞利线而对称的。在拉曼散射中散射光频率小于入射光频率的散射线被称为斯托克斯线；而散射光频率大于入射光频率的散射线被称为反斯托克斯线。斯托克斯线和反斯托克斯线是如何形成的呢？在非弹性碰撞过程中，光子与分子有能量交换, 光子转移一局部能量给分子,
交叉型消像散Czerny-Turner结构光谱仪设计
交叉型消像散Czerny-Turner结构光谱仪设计
安岩;孙强;刘英;李淳
【摘 要】以相对孔径为1：8，工作波段为780～1014nm为初始光学参数，首次推导出交叉型Czerny-Turner（C-T）结构光谱仪的一阶消像散条件，搭建了交叉型消像散C-T结构和交叉型消彗差C-T结构。利用ZEMAX软件对两种初始结构进行了优化和比较。结果表明：交叉型消像散C-T结构具有更优越的光学性能，其均方根半径仅是消彗差C-T结构的12％～52％。消像散C-T结构不仅在沿狭缝方向上能量更为集中，利于设计大聚光能力的分光系统，而且在沿垂直于狭缝方向上点斑更小，具有更高的光谱分辨率。%The first-order astigmatism-free
conditions in a crossed Czerny-Turner(C-T) structure spectrometer are
derived in this paper and the optical parameters determined for a relative
aperture of 1:8 and a working range of 780 nm to 1 014 nm. An
astigmatism-free crossed C-T spectrometer is built up with ZEMAX
software, and a corresponding coma-free crossed C-T spectrometer is also
built up for the comparison. The initial struc- tures for the two types of
crossed C-T optical systems are then optimized, and the performance
merits are com- pared. It is shown that the astigmatism-free crossed C-T
大孔径静态干涉成像光谱仪中双通道Mach-Zehnder横向剪切干涉仪的设计
第３２卷，第２期 ２ ０ １ ２年２月 光谱学与光谱分析 Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．２，ｐｐ５５３—５５７ Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１２
大孑Ｌ径静态干涉成像光谱仪中双通道Ｍａｃｈ—Ｚｅｈｎｄｅｒ
横向剪切干涉仪的设计
付 强 。，相里斌。，吕群波。，景娟娟
１．中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安７１０１１９ ２．中国科学院研究生院，北京 １０００４９
３．中国科学院光电研究院，北京１０００９４
摘要大孔径静态干涉成像光谱技术是一种时空联合调制的傅里叶变换成像光谱技术，其核心元件通常
采用Ｓａｇｎａｃ横向剪切干涉仪。这种结构会使进入干涉仪的光线有一半沿原路返回，降低了能量利用率。文
章提出一种改进型Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ横向剪切干涉仪结构，克服了能量利用率低的缺点，在实现横向剪切的同
时，还具有双通道输出的优点。本文通过光线追迹的方法，得到剪切量的一般表达式，并分析了各种误差源
对剪切量误差的贡献。为大孔径静态干涉成像光谱仪的设计提供了新思路，可为该类型的成像光谱仪的设
计与优化提供理论指导。
关键词大孔径干涉成像光谱技术；傅里叶变换成像光谱仪；Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉仪；横向剪切
中图分类号：ＴＨ７４４ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—０５９３（２０１２）０２—０５５３—０５
引 言
成像光谱技术是２Ｏ世纪８Ｏ年代兴起的一种新型遥感探 测技术，能够同时获得目标的空间信息和光谱信息，在地
质、农业、海洋、军事等领域有着广泛的应用＿１。］。最早出现
的是利用衍射光栅和色散棱镜作为分光元件的结构，原理简
单，易于实现，但由于存在狭缝，进入系统的辐射通量有
限『４ ］。干涉型成像光谱仪通过记录干涉图，再进行傅里叶
变换获得光谱信息，具有多通道、高通量和高测量精度等优
点＿６。 ，逐渐成为超光谱探测领域的研究前沿之一。为了同