本申請(qǐng)涉及光學(xué)成像，特別涉及一種pgp分光元件及光譜成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、成像光譜儀可以同時(shí)獲得二維空間信息和一維光譜信息，再地址分析、礦物勘探、地面測(cè)繪、軍事檢測(cè)、醫(yī)療器械、自然災(zāi)害預(yù)警等諸多方面有著重要的應(yīng)用。其中分光原件作為成像光譜儀的核心部件，常見類型有色散型、干涉型、濾光片型以及快照式。在色散型分光元件中，光柵分光不僅存在譜線彎曲現(xiàn)象，而且在寬譜段中存在級(jí)次重疊；棱鏡雖然沒有級(jí)次重疊，但是同樣存在譜線彎曲，這對(duì)于像元配準(zhǔn)和光譜定標(biāo)都是比較復(fù)雜的。

2、其中，棱鏡-光柵-棱鏡(prism-grating-prism，pgp)分光器件就是在結(jié)合了棱鏡和光柵各自的特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。pgp元件結(jié)合了光柵和棱鏡在單獨(dú)作為分光元件時(shí)色散方向一致性和譜線彎曲的相反特性，在中心波長(zhǎng)處可以實(shí)現(xiàn)光譜直進(jìn)直出，兩者光譜線的相反彎曲可以相互得到補(bǔ)償。當(dāng)前，pgp分光元件中間光柵通常采用體全息布拉格衍射光柵，該類光柵表面為平面，可以和玻璃棱鏡很好地膠合，從而達(dá)到分光的目的。

3、當(dāng)前pgp分光器件中光柵采用體全息光柵，其刻劃線數(shù)能做的非常高，普遍為150g/mm到3600g/mm之間，當(dāng)特殊運(yùn)用可以做到6000g/mm甚至更高，但是卻不能做得很低刻線，因此體全息光柵光譜范圍比較適用于紫外可見近紅外范圍，大于1200nm基本不使用。同時(shí)，體全息光柵生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，有必要針對(duì)當(dāng)前的pgp分光器件光譜范圍窄且生產(chǎn)成高本的問題提供一種在提高光譜范圍的同時(shí)降低生產(chǎn)成本的pgp分光器件及包括pgp分光器件的光譜成像系統(tǒng)。

2、為解決上述問題，本申請(qǐng)采用下述技術(shù)方案：

3、本申請(qǐng)目的之一，提供了一種pgp分光元件，所述pgp分光元件(4)包括第一棱鏡(41)及第二棱鏡(42)，所述第一棱鏡(41)的后表面設(shè)置有浮雕光柵(43)，所述平行光入射進(jìn)入所述第一棱鏡(41)并經(jīng)所述第一棱鏡(41)色散后形成不同波長(zhǎng)、不相等的角度的光束并入射到所述浮雕光柵(43)，通過所述浮雕光柵(43)后的光束再經(jīng)所述第二棱鏡(42)色散，經(jīng)所述第二棱鏡(42)色散的光束其中心波長(zhǎng)不會(huì)發(fā)生偏折并沿光軸方向平行出射，按照不同的波段在空間分開。

4、本申請(qǐng)目的之二，還提供了一種光譜成像系統(tǒng)，包括：望遠(yuǎn)鏡組(1)、狹縫(2)、準(zhǔn)直鏡組(3)、pgp分光元件(4)、成像鏡組(5)及探測(cè)器(6)；

5、探測(cè)目標(biāo)表面散射光線經(jīng)過所述望遠(yuǎn)鏡組(1)將物方景像成像到所述狹縫(2)處，來自所述狹縫(2)的光束經(jīng)所述準(zhǔn)直鏡組(3)形成平行光，所述平行光經(jīng)所述pgp分光元件(4)后形成不同波段的光束，所述不同波段的光束經(jīng)所述成像鏡組(5)成像到所述探測(cè)器(6)處；其中：

6、所述pgp分光元件(4)包括第一棱鏡(41)及第二棱鏡(42)，所述第一棱鏡(41)的后表面設(shè)置有浮雕光柵(43)，所述平行光入射進(jìn)入所述第一棱鏡(41)并經(jīng)所述第一棱鏡(41)色散后形成不同波長(zhǎng)、不相等的角度的光束并入射到所述浮雕光柵(43)，通過所述浮雕光柵(43)后的光束再經(jīng)所述第二棱鏡(42)色散，經(jīng)所述第二棱鏡(42)色散的光束其中心波長(zhǎng)不會(huì)發(fā)生偏折并沿光軸方向平行出射，按照不同的波段在空間分開。在其中一些實(shí)施例中，所述望遠(yuǎn)鏡組(1)、所述狹縫(2)、所述準(zhǔn)直鏡組(3)、所述pgp分光元件(4)及所述成像鏡組(5)的光軸處于同一水平線。

7、在其中一些實(shí)施例中，所述狹縫(2)位于準(zhǔn)直系統(tǒng)的物方焦面上。

8、在其中一些實(shí)施例中，所述浮雕光柵(43)采用原刻光柵刻劃于所述第一棱鏡(41)的后表面。

9、在其中一些實(shí)施例中，所述浮雕光柵(43)最低刻線密度為70線對(duì)。

10、本申請(qǐng)采用上述技術(shù)方案，其有益效果如下：

11、本申請(qǐng)?zhí)峁┑膒gp分光元件，包括第一棱鏡(41)及第二棱鏡(42)，所述第一棱鏡(41)的后表面設(shè)置有浮雕光柵(43)，所述平行光入射進(jìn)入所述第一棱鏡(41)并經(jīng)所述第一棱鏡(41)色散后形成不同波長(zhǎng)、不相等的角度的光束并入射到所述浮雕光柵(43)，通過所述浮雕光柵(43)后的光束再經(jīng)所述第二棱鏡(42)色散，經(jīng)所述第二棱鏡(42)色散的光束其中心波長(zhǎng)不會(huì)發(fā)生偏折并沿光軸方向平行出射，按照不同的波段在空間分開。本申請(qǐng)?zhí)峁┑膒gp分光元件，采用表面浮雕光柵，可以用原刻光柵進(jìn)行復(fù)制達(dá)到量產(chǎn)的效果，生產(chǎn)成本較低；相比體全息光柵本申請(qǐng)?zhí)峁┑膒gp分光元件衍射效率更高。

12、本申請(qǐng)還提供了一種包括上述pgp分光元件的光譜成像系統(tǒng)，該光譜成像系統(tǒng)可適應(yīng)中長(zhǎng)波紅外光譜成像，其表面浮雕光柵理論最低刻線密度能做到70線對(duì)，可使用光譜范圍更寬。

技術(shù)特征：

1.一種pgp分光元件，其特征在于，所述pgp分光元件(4)包括第一棱鏡(41)及第二棱鏡(42)，所述第一棱鏡(41)的后表面設(shè)置有浮雕光柵(43)，平行光入射進(jìn)入所述第一棱鏡(41)并經(jīng)所述第一棱鏡(41)色散后形成不同波長(zhǎng)、不相等的角度的光束并入射到所述浮雕光柵(43)，通過所述浮雕光柵(43)后的光束再經(jīng)所述第二棱鏡(42)色散，經(jīng)所述第二棱鏡(42)色散的光束其中心波長(zhǎng)不會(huì)發(fā)生偏折并沿光軸方向平行出射，按照不同的波段在空間分開。

2.一種光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，包括：望遠(yuǎn)鏡組(1)、狹縫(2)、準(zhǔn)直鏡組(3)、pgp分光元件(4)、成像鏡組(5)及探測(cè)器(6)；

3.如權(quán)利要求2所述的光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述望遠(yuǎn)鏡組(1)、所述狹縫(2)、所述準(zhǔn)直鏡組(3)、所述pgp分光元件(4)及所述成像鏡組(5)的光軸處于同一水平線。

4.如權(quán)利要求2所述的光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述狹縫(2)位于準(zhǔn)直系統(tǒng)的物方焦面上。

5.如權(quán)利要求2所述的光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述浮雕光柵(43)采用原刻光柵刻劃于所述第一棱鏡(41)的后表面。

6.如權(quán)利要求5所述的光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述浮雕光柵(43)最低刻線密度為70線對(duì)。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┑腜GP分光元件，包括第一棱鏡(41)及第二棱鏡(42)，所述第一棱鏡(41)的后表面設(shè)置有浮雕光柵(43)，所述平行光入射進(jìn)入所述第一棱鏡(41)并經(jīng)所述第一棱鏡(41)色散后形成不同波長(zhǎng)、不相等的角度的光束并入射到所述浮雕光柵(43)，通過所述浮雕光柵(43)后的光束再經(jīng)所述第二棱鏡(42)色散，經(jīng)所述第二棱鏡(42)色散的光束其中心波長(zhǎng)不會(huì)發(fā)生偏折并沿光軸方向平行出射，按照不同的波段在空間分開，本申請(qǐng)?zhí)峁┑腜GP分光元件，采用表面浮雕光柵，可以用原刻光柵進(jìn)行復(fù)制達(dá)到量產(chǎn)的效果，生產(chǎn)成本較低；相比體全息光柵本申請(qǐng)?zhí)峁┑腜GP分光元件衍射效率更高。另外，本申請(qǐng)還提供了包括PGP分光元件的光譜成像系統(tǒng)。

技術(shù)研發(fā)人員：張子輝,林冠宇,李博,王曉旭,楊小虎,吳文碩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10