本文關(guān)鍵詞：長波紅外高光譜成像儀光學(xué)技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 長波紅外 光譜成像 Offner結(jié)構(gòu) 凸面閃耀光柵 背景輻射抑制

【摘要】：高光譜成像儀的精細分光能力能探測出物質(zhì)微小的差異,而長波紅外譜段是大氣的主要透過窗口之一,又是地物光譜特征的重要覆蓋區(qū)域,因此長波紅外高光譜成像儀在遙感應(yīng)用領(lǐng)域,尤其是在礦物勘探,化學(xué)化工,城市熱流分析以及軍事等方面,具有重要的應(yīng)用價值。本文首先介紹了國內(nèi)外長波紅外高光譜成像儀的研究發(fā)展現(xiàn)狀,指出長波紅外高光譜成像技術(shù)必定也會像可見短波高光譜成像技術(shù)一樣,向著寬幅、高分辨率的方向發(fā)展。接著對長波紅外精細分光方式進行了詳細的研究,發(fā)現(xiàn)光柵色散型分光方式在長波紅外波段具有獨特的優(yōu)勢。利用改進型的Offner結(jié)構(gòu)設(shè)計了一款長狹縫小F數(shù)的光譜儀以及與之匹配的望遠鏡,并對核心器件凸面閃耀光柵進行了深入的設(shè)計分析。最后討論了長波紅外系統(tǒng)背景輻射抑制方法,為儀器的性能提升打下了堅實的基礎(chǔ)。論文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:1.設(shè)計并實現(xiàn)了國內(nèi)首個基于凸面閃耀光柵分光的長波紅外光譜儀的光學(xué)系統(tǒng),該系統(tǒng)采用改進型的同軸Offner結(jié)構(gòu),性能指標(biāo)先進。其狹縫視場達到60mm,F數(shù)為2,成像彌散斑半徑小于5μm,MTF達到衍射極限,光譜彎曲及光譜畸變均小于10μm。2.對核心分光器件進行了深入的研究,提出了一種先進行衍射效率優(yōu)化設(shè)計,再進行基本結(jié)構(gòu)參數(shù)計算的閃耀光柵設(shè)計方法,并評估各類參數(shù)誤差對光柵最終性能造成的影響,為多種槽型結(jié)構(gòu)的凸面閃耀光柵更靈活的應(yīng)用于成像光譜儀奠定基礎(chǔ)。3.研究了高階非球面在簡化光學(xué)結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用,并僅用6片透鏡設(shè)計了一款視場60°、F數(shù)為2、近似像方遠心的透射式望遠鏡,適用于寬幅高分辨率的高光譜成像系統(tǒng)。4.分析了長波紅外高光譜成像儀背景輻射的抑制方法,提出多種常溫抑制手段聯(lián)合可以大幅降低背景輻射的影響,在儀器200K的溫度下即可達到單一制冷到100K溫度下的背景輻射抑制效果。
【關(guān)鍵詞】：長波紅外 光譜成像 Offner結(jié)構(gòu) 凸面閃耀光柵 背景輻射抑制
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH744.1
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 長波紅外高光譜成像技術(shù)概述12-17
• 1.1.1 紅外譜段劃分12-13
• 1.1.2 高光譜成像技術(shù)13-15
• 1.1.3 長波紅外高光譜成像儀的應(yīng)用15-17
• 1.2 長波紅外高光譜成像儀的研究情況17-22
• 1.2.1 國外長波紅外高光譜成像儀研究情況17-21
• 1.2.2 國內(nèi)長波紅外高光譜成像儀研究情況21-22
• 1.3 研究內(nèi)容及意義22-24
• 第2章 長波紅外光譜儀技術(shù)研究24-47
• 2.1 光譜儀分光方式研究24-31
• 2.1.1 傳統(tǒng)色散型分光技術(shù)24-26
• 2.1.2 傳統(tǒng)干涉型分光技術(shù)26-27
• 2.1.3 其他新型分光技術(shù)27-30
• 2.1.4 適用于LWIR光譜儀的分光技術(shù)30-31
• 2.2 光柵色散型LWIR光譜儀31-35
• 2.2.1 基于平面光柵的LWIR光譜儀31-32
• 2.2.2 基于凹面光柵的LWIR光譜儀32-33
• 2.2.3 基于凸面光柵的LWIR光譜儀33-34
• 2.2.4 三種面型光柵分光系統(tǒng)比較34-35
• 2.3 長狹縫小F數(shù)LWIR光譜儀設(shè)計35-40
• 2.3.1 技術(shù)指標(biāo)要求35-36
• 2.3.2 優(yōu)化設(shè)計及結(jié)果36-40
• 2.4 光譜儀系統(tǒng)的評價40-46
• 2.4.1 光譜儀的像質(zhì)評價40-44
• 2.4.2 光譜儀的光譜特性評價44-46
• 2.5 本章小節(jié)46-47
• 第3章 核心分光器件研究47-64
• 3.1 閃耀光柵的基本特性47-51
• 3.1.1 閃耀光柵方程47-49
• 3.1.2 光強分布49
• 3.1.3 光柵色散率49-50
• 3.1.4 光柵光譜分辨率50-51
• 3.2 閃耀光柵槽結(jié)構(gòu)類型及衍射效率51-54
• 3.2.1 閃耀光柵槽結(jié)構(gòu)類型51-53
• 3.2.2 衍射效率計算53-54
• 3.3 光譜儀用閃耀光柵的設(shè)計54-59
• 3.3.1 衍射效率優(yōu)化設(shè)計55-57
• 3.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計57-59
• 3.4 參數(shù)誤差的影響分析59-62
• 3.4.1 刻線誤差的影響59
• 3.4.2 入射角變化的影響59-60
• 3.4.3 閃耀角誤差的影響60-61
• 3.4.4 刻槽質(zhì)量的影響61-62
• 3.5 本章小節(jié)62-64
• 第4章 前置望遠鏡技術(shù)研究64-77
• 4.1 前置望遠鏡技術(shù)要求64-65
• 4.2 前置望遠鏡設(shè)計方案65-67
• 4.2.1 技術(shù)指標(biāo)要求65
• 4.2.2 結(jié)構(gòu)選型65-66
• 4.2.3 長波紅外材料特性66-67
• 4.3 優(yōu)化設(shè)計及結(jié)果67-72
• 4.4 成像光譜儀一體化及其像質(zhì)評價72-76
• 4.4.1 望遠鏡光譜儀一體化設(shè)計72-73
• 4.4.2 像質(zhì)評價73-76
• 4.5 本章小節(jié)76-77
• 第5章 長波紅外成像光譜儀背景輻射抑制技術(shù)研究77-96
• 5.1 熱輻射基本理論77-78
• 5.2 目標(biāo)信號輻射計算78-79
• 5.3 長波紅外成像光譜儀背景輻射分析79-83
• 5.4 長波紅外背景輻射抑制方法83-95
• 5.4.1 系統(tǒng)制冷83-88
• 5.4.2 冷屏設(shè)計88-90
• 5.4.3 制冷濾光片濾光技術(shù)90-91
• 5.4.4 降低光機表面發(fā)射率技術(shù)91-95
• 5.4.5 電子學(xué)調(diào)制技術(shù)95
• 5.5 本章小節(jié)95-96
• 第6章 長波紅外成像光譜儀可行性分析及驗證96-113
• 6.1 光學(xué)系統(tǒng)容差分析96-102
• 6.1.1 光譜儀容差分析96-98
• 6.1.2 望遠鏡容差分析98-102
• 6.2 光學(xué)系統(tǒng)裝配方案102-107
• 6.2.1 系統(tǒng)裝調(diào)流程102-103
• 6.2.2 光譜儀詳細裝配方案103-107
• 6.2.3 望遠鏡裝配方案107
• 6.3 光學(xué)系統(tǒng)調(diào)試方案107-110
• 6.3.1 光譜儀調(diào)試方案107-108
• 6.3.2 望遠鏡調(diào)試方案108-109
• 6.3.3 成像光譜儀整機調(diào)試方案109-110
• 6.4 成像光譜儀整機測試110-112
• 6.4.1 MTF測試110-111
• 6.4.2 噪聲等效溫差測試111-112
• 6.5 本章小節(jié)112-113
• 第7章 結(jié)論和展望113-115
• 7.1 結(jié)論113-114
• 7.2 展望114-115
• 參考文獻115-119
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果119

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