[发明专利]一种宽光谱太阳光谱辐照度监测仪分光光路结构

说明书

技术领域

本发明涉及光谱测量领域，具体涉及一种基于空间的对日观察的宽波段的太阳光谱辐照度监测仪

背景技术

目前，基于空间的太阳光谱辐照度监测仪根据分光元件分为棱镜分光和光栅分光两种，其中以光栅作为分光元件的光路结构采用切尔尼特纳系统，其分光光路结构如图1所示，主要由入射狭缝1、球面准直反射镜2、平面光栅3、球面聚焦反射镜4、分束器5和第一线阵探测器6、第二线阵探测器7组成。入射狭缝1出射的光经球面准直反射镜2出射为平行光，经过平面光栅3一、二级衍射产生色散，再经过球面聚焦反射镜4将其会聚成像，分束器5根据波长将光束分为两部分，线阵探测器6线阵探测器7分别位于两部分光的像面位置。

在该系统中，由于像差的影响，宽光谱范围和高光谱分辨率难以在大相对孔径条件下同时获得。当该系统应用于太阳光谱辐照度监测时，由于太阳光谱范围宽，在确定线色散的条件下，增大相对孔径会增大以球差慧差为主的各项像差，导致光谱分辨率下降，并影响像面上的能量分布，进而影响测量太阳光谱辐照度的准确性。

因此如何在大相对孔径条件下协调宽光谱范围和高光谱分辨率是太阳光谱辐照度测量中需要解决的问题。

发明内容

为解决现有太阳光谱辐照度监测仪在宽光谱范围内大相对孔径条件下，像差严重、光谱分辨率低的问题，本发明提供一种宽光谱太阳光谱辐照度监测仪分光光路结构，包括；入射狭缝、双曲面反射镜、离子束刻蚀平面光栅、扁椭球面反射镜、分束器、第一线阵探测器和第二线阵探测器；入射狭缝出射的光经双曲面反射镜出射为准直平行光，其离轴角为2α，光束以入射角i经过离子束刻蚀平面光栅反射发生一、二级衍射，衍射光经过扁椭球面反射镜将其会聚成像，其离轴角为2β，扁椭球面反射镜反射的光经过分束器根据波长分为两部分，分别在第一线阵探测器和第二线阵探测器上成像。

本发明的工作原理：本发明采用离子束刻蚀平面光栅作为主要分光元件，采用双曲面反射镜作为准直反射镜，扁椭球面反射镜作为聚焦反射镜，通过系统要求的光谱分辨率可根据线色散公式计算得出线色散率，从而获得系统焦距与选用的光栅常数。通过光学软件计算并控制各元件之间的距离、离轴角、反射镜的曲率半径及表面的圆锥系数完成像差校正，最终实现宽波段高分辨率的全谱瞬态直读太阳光谱辐照度监测。

本发明的有益效果：本发明所述的分光光路能够实现宽波段、高分辨率、全谱瞬态直读的太阳光谱辐照度监测。采用离子束刻蚀平面光栅，提高衍射效率，减少像差，增大信噪比。准直反射镜采用双曲面反射镜，会聚反射镜采用扁椭球面反射镜，利用扁椭球面反射镜产生的像差补偿双曲面反射镜产生的像差，以减少像面上产生的像差，实现像面上在宽波段、较大相对孔径条件下合理控制像差。结构简单可靠，无活动部件。

附图说明

图1为现有切尔尼特纳系统分光光路结构示意图；

图2为本发明的分光光路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本设计进行详细说明

如图2所示，入射狭缝1出射的光经过双曲面反射镜8反射为近似平行光，其离轴角为2α，并且主光线以入射角i射向离子束刻蚀平面光栅9，离子束刻蚀平面光栅9刻线方向与狭缝长度方向平行，经过离子束刻蚀平面光栅9发生一、二级衍射，变为不同衍射角的复色光集合。复色光经过扁椭球面反射镜10会聚成像，经过扁椭球面反射镜10的离轴角为2β，扁椭球面反射镜10反射的光经过分束器5分为两部分，第一线阵探测器6和第二线阵探测器7分别位于两部分光的像面位置。上述过程中，半离轴角α通常为5°～8°，入射角i通常为-8°～-12°，离轴角β通常为10°～18°。

入射狭缝1的作用是限制进入分光系统的光通量以及作为系统的物被成像于像面上，宽度尺寸选择为线阵探测器像元宽度尺寸的2倍。

双曲面反射镜8的作用是将通过入射狭缝1进入分光系统的光束准直成一束准直平行光并反射到离子束刻蚀平面光栅9上。

离子束刻蚀平面光栅9将入射的复色光根据波长分成具有不同衍射角的光束组。选定光栅的闪耀波长位于工作光谱范围的中心波长处，同时利用光的一级衍射和二级衍射，其中波长为λ₀的二级衍射光束位置与波长为2λ₀的一级衍射光束位置重合。