本發(fā)明實(shí)施例涉及高分辨率光譜
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種高分辨率光譜儀系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：高分辨率光譜技術(shù)是獲得目標(biāo)光譜信息的重要手段，光柵分光的光譜技術(shù)是星載高分辨率光譜儀中比較成熟的技術(shù)之一。相比于采用其他類型分光技術(shù)的光譜儀器，光柵光譜儀具有光譜成線性分布、高光譜分辨率、高地面分辨率以及容易定標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。但是，對(duì)于傳統(tǒng)的光柵光譜儀，光束經(jīng)光柵衍射后具有多級(jí)光譜(0級(jí)、+1級(jí)、+2級(jí)等甚至更高級(jí)的光譜區(qū))，從而導(dǎo)致能量利用率降低，并且非工作級(jí)次的衍射光進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)后容易形成雜散光，降低整個(gè)系統(tǒng)的性能。因此，如何提供一種解決上述技術(shù)問題的高分辨率光譜儀系統(tǒng)成為本領(lǐng)域的技術(shù)人員目前需要解決的問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種高分辨率光譜儀系統(tǒng)，在使用過程中光束經(jīng)平面光柵衍射后只得到0級(jí)衍射光和+1級(jí)衍射光，減少了非工作級(jí)次的雜散光，提高了能量利用率，提升了整個(gè)系統(tǒng)的性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高分辨率光譜儀系統(tǒng)，包括狹縫、準(zhǔn)直鏡組件、成像鏡組件以及光探測(cè)器，所述系統(tǒng)還包括平面光柵，其中：物體發(fā)射的光束經(jīng)所述狹縫傳輸至所述準(zhǔn)直鏡組件；所述準(zhǔn)直鏡組件將所述光束準(zhǔn)直后得到平行光，并使所述平行光以入射角θ0射向所述平面光柵；所述平行光經(jīng)所述平面光柵衍射后得到衍射光，所述衍射光經(jīng)所述成像鏡組件后匯聚至所述光探測(cè)器上；所述平面光柵的光柵常數(shù)為d，所述θ0和所述d同時(shí)滿足第一關(guān)系式1＜d(1+sinθ0)/λ＜2和第二關(guān)系式d(sinθ0-1)/λ＞-1，其中，λ為平行光的波長(zhǎng)?？蛇x的，所述θ0為45°?？蛇x的，所述準(zhǔn)直鏡組件包括第一光學(xué)透鏡和第二光學(xué)透鏡，所述第一光學(xué)透鏡的第一表面為非球面，其第二表面為球面；所述第二光學(xué)透鏡的第一表面為非球面，其第二表面為球面。可選的，所述成像鏡組件包括第三光學(xué)透鏡和第四光學(xué)透鏡，所述第三光學(xué)透鏡的第一表面為非球面，其第二表面為球面；所述第四光學(xué)透鏡的第一表面為非球面，其第二表面為球面?？蛇x的，所述λ的取值范圍為758nm～778nm?？蛇x的，所述所述狹縫的長(zhǎng)度為8mm。本發(fā)明是實(shí)施例提供了一種高分辨率光譜儀系統(tǒng)，包括狹縫、準(zhǔn)直鏡組件、成像鏡組件以及光探測(cè)器，系統(tǒng)還包括平面光柵，其中：物體發(fā)射的光束經(jīng)狹縫傳輸至準(zhǔn)直鏡組件；準(zhǔn)直鏡組件將光束準(zhǔn)直后得到平行光，并使平行光以入射角射θ0向平面光柵；平行光經(jīng)平面光柵衍射后得到衍射光，衍射光經(jīng)成像鏡組件后匯聚至光探測(cè)器上；平面光柵的光柵常數(shù)為d，θ0和d同時(shí)滿足第一關(guān)系式1＜d(1+sinθ0)/λ＜2和第二關(guān)系式d(sinθ0-1)/λ＞-1，其中，λ為平行光的波長(zhǎng)。本發(fā)明實(shí)施例中的平面光柵的光柵常數(shù)d和入射角θ0應(yīng)該滿足一關(guān)系式1＜d(1+sinθ0)/λ＜2，和第二關(guān)系式d(sinθ0-1)/λ＞-1，即可以實(shí)現(xiàn)使衍射光線中只存在0級(jí)衍射光和+1級(jí)衍射光，且平行光和+1級(jí)衍射光位于光柵法線的同側(cè)，0級(jí)衍射光和+1級(jí)衍射光位于光柵法線的兩側(cè)，使工作級(jí)次的+1級(jí)衍射光通過成像鏡組件成像于光探測(cè)器的像面上。因此，本發(fā)明實(shí)施例在使用過程中光束經(jīng)平面光柵衍射后只得到0級(jí)衍射光和+1級(jí)衍射光，減少了非工作級(jí)次的雜散光，提高了能量利用率，提升了整個(gè)系統(tǒng)的性能。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高分辨率光譜儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為平面光柵衍射示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種高分辨率光譜儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高分辨率光譜儀系統(tǒng)，在使用過程中光束經(jīng)平面光柵衍射后只得到0級(jí)衍射光和+1級(jí)衍射光，減少了非工作級(jí)次的雜散光，提高了能量利用率，提升了整個(gè)系統(tǒng)的性能。為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高分辨率光譜儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)包括狹縫1、準(zhǔn)直鏡組件2、成像鏡組件3以及光探測(cè)器4，系統(tǒng)還包括平面光柵5，其中：物體發(fā)射的光束經(jīng)狹縫傳輸至準(zhǔn)直鏡組件2；準(zhǔn)直鏡組件2將光束準(zhǔn)直后得到平行光，并使平行光以入射角θ0射向平面光柵5；平行光經(jīng)平面光柵5衍射后得到衍射光，衍射光經(jīng)成像鏡組件3后匯聚至光探測(cè)器4上；平面光柵5的光柵常數(shù)為d，θ0和d同時(shí)滿足第一關(guān)系式1＜d(1+sinθ0)/λ＜2和第二關(guān)系式d(sinθ0-1)/λ＞-1，其中，λ為平行光的波長(zhǎng)。需要說明的是，在本申請(qǐng)中所提供的高分辨率光譜儀系統(tǒng)中，物體所發(fā)射的光束經(jīng)過狹縫1后射入準(zhǔn)直鏡組件2，經(jīng)準(zhǔn)直鏡組件2準(zhǔn)直后得到平行光，使平行光以入射角入射至平面光柵5上，即可以使平行光以大角度入射，并且使入射角為θ0和平面光柵5的光柵常數(shù)為d同時(shí)滿足第一關(guān)系式1＜d(1+sinθ0)/λ＜2和第二關(guān)系式d(sinθ0-1)/λ＞-1，從而可以使衍射光只有0級(jí)衍射光和+1衍射光，而沒有其他級(jí)次的衍射光，進(jìn)一步減小非工作級(jí)次的衍射光所形成的雜散光，提高能量利用率。具體的，如圖2所示，圖2為平面光柵5衍射示意圖。對(duì)于入射光與衍射光在光柵法線同一側(cè)時(shí)，光柵方程為：d(sinθ+sinθ0)＝mλ其中θ為衍射角，m為衍射光級(jí)次，d為平面光柵5的光柵常數(shù)，θ0為入射角以及λ為平行光的波長(zhǎng)。則，衍射光級(jí)次m＝d(sinθ+sinθ0)/λ，又因?yàn)閐>0，m為整數(shù)，且θ<90°，所有當(dāng)m＝0時(shí)，即當(dāng)衍射光為0級(jí)衍射光時(shí)，θ＝-θ0，也就是0級(jí)衍射光與平行光位于光柵法線的兩側(cè)，而+1級(jí)衍射光和平行光位于光柵法線的同側(cè)。由圖2可知，θ0越小衍射角越接近于光柵法線，也即0級(jí)衍射光越靠近光柵法線；θ0越大衍射角越遠(yuǎn)離于光柵法線，也即0級(jí)衍射光越偏離光柵法線，從而調(diào)節(jié)入射角θ0的大小可以使0級(jí)衍射光不會(huì)進(jìn)入至工作系統(tǒng)中。當(dāng)θ0＝45°時(shí)，0級(jí)衍射角與入射角成90°，又因?yàn)閷?duì)于衍射角而言應(yīng)滿足：-1≤sinθ≤+1，所有可以得到：d(sinθ0-1)/λ<m<d(sinθ0+1)/λ進(jìn)一步，若使衍射光只存在0級(jí)和+1級(jí)衍射光，則依據(jù)上式可以得到第一關(guān)系式1＜d(1+sinθ0)/λ＜2和第二關(guān)系式d(sinθ0-1)/λ＞-1，從而避免將其他級(jí)次的衍射光因此，在實(shí)際應(yīng)用中使可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的平面光柵5，使其光柵常數(shù)d和入射光θ0滿足第一關(guān)系式和第二關(guān)系式即可使衍射光中只存在0級(jí)和+1級(jí)衍射光，并且可以將0級(jí)衍射光導(dǎo)出至系統(tǒng)外部，使工作級(jí)次的衍射光只存在+1級(jí)衍射光用于成像。本發(fā)明是實(shí)施例提供了一種高分辨率光譜儀系統(tǒng)，包括狹縫、準(zhǔn)直鏡組件、成像鏡組件以及光探測(cè)器，系統(tǒng)還包括平面光柵，其中：物體發(fā)射的光束經(jīng)狹縫傳輸至準(zhǔn)直鏡組件；準(zhǔn)直鏡組件將光束準(zhǔn)直后得到平行光，并使平行光以入射角θ0射向平面光柵；平行光經(jīng)平面光柵衍射后得到衍射光，衍射光經(jīng)成像鏡組件后匯聚至光探測(cè)器上；平面光柵的光柵常數(shù)為d，θ0和d同時(shí)滿足第一關(guān)系式1＜d(1+sinθ0)/λ＜2和第二關(guān)系式d(sinθ0-1)/λ＞-1，其中，λ為平行光的波長(zhǎng)。本發(fā)明實(shí)施例中的平面光柵的光柵常數(shù)d和入射角θ0應(yīng)該滿足一關(guān)系式1＜d(1+sinθ0)/λ＜2，和第二關(guān)系式d(sinθ0-1)/λ＞-1，即可以實(shí)現(xiàn)使衍射光線中只存在0級(jí)衍射光和+1級(jí)衍射光，且平行光和+1級(jí)衍射光位于光柵法線的同側(cè)，0級(jí)衍射光和+1級(jí)衍射光位于光柵法線的兩側(cè)，使工作級(jí)次的+1級(jí)衍射光通過成像鏡組件成像于光探測(cè)器的像面上。因此，本發(fā)明實(shí)施例中的光束經(jīng)平面光柵衍射后只得到0級(jí)衍射光和+1級(jí)衍射光，減少了非工作級(jí)次的雜散光，提高了能量利用率，提升了整個(gè)系統(tǒng)的性能。請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種高分辨率光譜儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上：可選的，θ0為45°。當(dāng)然，對(duì)于入射角θ0的具體取值可以根據(jù)實(shí)際情況而定，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不作特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的目的即可。可選的，準(zhǔn)直鏡組件2包括第一光學(xué)透鏡l21和第二光學(xué)透鏡l22，第一光學(xué)透鏡l21的第一表面s1為非球面，其第二表面s2為球面；第二光學(xué)透鏡l22的第一表面s3為非球面，其第二表面s4為球面。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中可以采用第一光學(xué)透鏡l21和第二光學(xué)透鏡l22組成的透鏡組作為準(zhǔn)直透鏡組件，并且第一光學(xué)透鏡l21的第一表面s1和第二表面s2分別為非球面和球面，其中，通過狹縫1的光束先通過第一光學(xué)透鏡l21的第一表面s1，然后再通過第一光學(xué)透鏡l21的第二表面s2。另外，第二光學(xué)透鏡l22的第一表面s3和第二表面s4也可以分別為非球面和球面，通過第一光學(xué)透鏡l21的光線入射至第二光學(xué)透鏡l22，并且光線先通過第二光學(xué)透鏡l22的第一表面s3后再通過光學(xué)透鏡的第二表面s4，使透射光為平行光，以進(jìn)一步使該平行光入射至平面光柵5平面光柵55上。當(dāng)然，本發(fā)明實(shí)施例不僅限于采用兩個(gè)光學(xué)透鏡的組合來構(gòu)成準(zhǔn)直鏡組件2，也可以采用一個(gè)光學(xué)透鏡作為準(zhǔn)直鏡組件2，具體的可以根據(jù)實(shí)際情況而定，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不作特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的目的即可。另外，對(duì)于第一光學(xué)透鏡l21和第二光學(xué)透鏡l22各個(gè)表面的曲率半徑及相關(guān)參數(shù)的具體取值可以根據(jù)實(shí)際情況而定?？蛇x的，成像鏡組件3包括第三光學(xué)透鏡l31和第四光學(xué)透鏡l32，第三光學(xué)透鏡l31的第一表面為非球面，其第二表面為球面；第四光學(xué)透鏡l32的第一表面為非球面，其第二表面為球面。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中可以采用第三光學(xué)透鏡l31和第四光學(xué)透鏡l32組成的透鏡組作為成像鏡組件3，并且第三光學(xué)透鏡l31的第一表面s7和第二表面s6分別為非球面和球面，其中，通過平面光柵5衍射后的衍射光線先通過第三光學(xué)透鏡l31的第二表面s6，然后再通過第三光學(xué)透鏡l31的第一表面s7。另外，第四光學(xué)透鏡l32的第一表面s9和第二表面s8也可以分別為非球面和球面，通過第三光學(xué)透鏡l31的衍射光線經(jīng)過第三光學(xué)透鏡l31的匯聚后入射至第四光學(xué)透鏡l32，并且衍射光線先通過第四光學(xué)透鏡l32的第二表面s8后再通過光學(xué)透鏡的第一表面s9，以使衍射光線匯聚至光探測(cè)器4上進(jìn)行成像。當(dāng)然，本發(fā)明實(shí)施例不僅限于采用兩個(gè)光學(xué)透鏡的組合來構(gòu)成成像鏡組件3，也可以采用一個(gè)光學(xué)透鏡作為成像鏡組件3，具體的可以根據(jù)實(shí)際情況而定，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不作特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的目的即可。另外，對(duì)于第三光學(xué)透鏡l31和第四光學(xué)透鏡l32各個(gè)表面的曲率半徑及相關(guān)參數(shù)的具體取值可以根據(jù)實(shí)際情況而定。此外，第一光學(xué)透鏡、第二光學(xué)透鏡、第三光學(xué)透鏡以及第四光學(xué)透鏡均可以采用高透過率的熔石英材料制作而成，當(dāng)然，也不僅限于采用上述材料，還可以采用其他的材料，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不作特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的目的即可?？蛇x的，λ的取值范圍為：758nm～778nm?？蛇x的，狹縫的長(zhǎng)度為8mm。具體的，本發(fā)明實(shí)施例中可以使高分辨率光譜儀系統(tǒng)的工作波段為758nm～778nm，也就是入射光的波長(zhǎng)范圍可以為758nm～778nm，當(dāng)然，不僅限于此范圍，也可以設(shè)置為其他的范圍，具體的可以根據(jù)實(shí)際情況而定，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不作特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的目的即可。另外，本發(fā)明實(shí)施例所提供的系統(tǒng)中的狹縫1的長(zhǎng)度可以設(shè)置為8mm，像元尺寸可以設(shè)置為30μm×360μm，物面空間na可以設(shè)置為na＝0.277。具體相關(guān)參數(shù)請(qǐng)參照表上述1，表1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高分辨率光譜儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中各個(gè)參數(shù)的具體取值應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定，本申請(qǐng)對(duì)此不作特殊的限定，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的目的即可。表1表面編號(hào)曲率半徑非球面系數(shù)間隔角度物面29.98s1-51.87730s2-46.56-0.41193.85s3-85840s4-120.5-0.468430光柵無窮大-410-46.47s6-106.5-0.532-45s7無窮大-138.63s8-100.5-5.589-40s9-62.18-27.13還需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。當(dāng)前第1頁(yè)12