1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
高精度的大气探测光谱仪应用十分广泛, 但是由于太阳发出的自然光与大气作用后所产生的(部分)偏振光会影响设备的探测精度, 所以该类光谱仪通常需要去除入射光的偏振影响。 论文针对大气超光谱成像探测设备的消偏需求, 提出了一种新型的双H-V(horizontal-vertical)消偏器。 由于晶体的双折射结构在光学原理上可以产生消偏效应, 所以消偏器材料通常为双折射晶体, 但是该结构同时又会产生双像, 从而降低光谱仪的成像质量。 针对此问题, 结合该大气超光谱探测设备中空间维像元合并的特点提出了一种异型双H-V消偏器。 它不同于传统双H-V消偏器中两子H-V楔角相等的结构, 所提出的异型双H-V消偏器两个子H-V楔角不同, 从而使其在光谱维及空间维对应不同的双像距, 在满足退偏度要求的同时保证了成像质量, 很好的解决了高消偏度与高成像质量之间的矛盾。 论文详细阐述了消偏器的设计方案, 并针对消偏效果与成像质量进行了分析, 消偏器的退偏率优于98.8%, 并且在空间方向双像所占像元数仅为合并像元的8.7%。
光谱仪 偏振灵敏度 H-V消偏器 楔角 Spectrometer Polarization sensitivity H-V depolarizer Wedge angles 光谱学与光谱分析
2017, 37(12): 3913
1 西安电子科技大学, 物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 中国科学院西安光学精密机械研究所, 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
3 深圳大学, 光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室, 广东 深圳 518060
4 中国科学院西安光学精密机械研究所, 空间光学应用研究室,陕西 西安 710119
浸入式光栅常应用于光学材料折射率较高的红外谱段.其特殊的工作模式会产生一系列普通反射式光栅不需面临的问题, 而它们对于浸入式光栅的应用却十分重要.论文推导了普通光栅长波端与短波端谱线长度的关系.针对折射率与波长相关的特点, 以短波红外(1.5~2.5 μm)为例, 分析其谱线位置分布及光谱分辨率变化特性.结果表明, 浸入式光栅谱线分布相较于普通光栅有明显差异, “梯形”谱线会发生倾斜.在折射率变化较大的短波红外谱段, “梯形”谱线倾斜程度较明显.在以长波(2.5 μm)配准Littrow条件时, 谱线向短波端倾斜, 以短波(1.5 μm)配准时向长波端倾斜, 且Littrow波长均漂离中心波长.由于折射率在热红外谱段变化较小, “梯形”谱线倾斜较小, 更接近普通光栅情况.浸入式光栅的光谱分辨率随折射率变化而改变, 同级中, 波长增大分辨率增大；各级间, 级数减小分辨率减小.同时, 由于高级次(短波)分辨率大于低级次(长波), 因此各级谱线长度之比不再满足普通光栅中的比例关系.
光栅 浸入式 折射率 谱线漂移 grating immersion refractive index spectral line drift
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学技术研究室,西安 710119
2 中国科学院研究生院,北京100039
3 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
基于浸入式光栅与普通光栅的特性差异,推导了浸入式光栅的光栅方程,研究了浸入式介质吸收对单缝衍射和多光束干涉强度分布的影响,得到经修正的单缝衍射因子和多光束干涉因子,推导出存在介质吸收情况下的光强分布公式.分析结果表明: 该公式更具有普适性,单缝衍射强度分布公式、多缝衍射强度分布公式以及平行平板多光束干涉强度分布公式均为该修正公式的特殊情况.
光学设计 光谱仪 理论分析 浸入式光栅 光栅方程 介质吸收 光强分布 Optical design Spectrometer Theoretical analysis Immersion grating Grating equation Medium absorption Intensity distribution 光子学报
2014, 43(11): 1105002
1 西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
2 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
天体物理学的发展对实测天文的要求越来越高，天文光谱偏振观测能够获得更多的天体信息，可为进一步的研究提供全面的资料。以中国科学院国家天文台的2.16 m地基式天文望远镜为平台，设计并研制了基于声光可调谐滤波器的偏振成像光谱仪，光谱范围为450~900 nm，光谱通道数为128个。以声光可调谐滤波器(AOTF)为分光元件，光谱通道可电调谐，可以同时获得图像光谱偏振信息。该设备由望远镜准直系统、声光可调谐滤波器、望远镜成像系统，补偿准直系统，补偿成像系统及探测器组件组成。介绍了声光可调谐滤波器的偏振成像光谱仪的工作原理、设计方案及各光学子系统的设计参数分配，最终完成了一个设计质量在32 lp/mm 的空间频率下, 调制传递函数(MTF)均值为0.5的光学系统。
光学设计 地基天文望远镜 成像光谱仪 声光可调谐滤波器 光学学报
2013, 33(s2): s222002
1 西安邮电学院，陕西 西安 710121
2 中国科学院 西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
基于声光可调谐滤波器(AOTF)的成像光谱仪是一种新型的成像光谱仪，它除了具有一般成像光谱仪的二维空间信息与一维光谱信息外，还能获得目标的偏振信息。在实际应用中AOTF可接收的光束孔径角一般不大于5°～6°，因而受到所采用声光晶体可接收角度的限制，AOTF光谱成像仪的光学系统不能同时兼顾大孔径与大视场。要求AOTF成像光谱仪视场满足128×128像元，TeO2晶体尺寸为10 mm×10 mm，根据声光可调谐滤波器成像光谱仪光学系统的特点，分析比较了2种光学系统总体方案，最终将系统的孔径光栏放置在晶体上，TeO2晶体尺寸限制了孔径光栏的尺寸，晶体可接收的角度决定了系统的视场角，提高了能量利用率，获得较高的图像信噪比。
成像光谱仪 光学系统 光栏 imaging spectrometer AOTF AOTF optical system scheme stop
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室 高分辨光学成像技术联合实验室, 西安 710119
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 a.瞬态光学与光子技术国家重点实验室 高分辨光学成像技术联合实验室, 西安 710119
3 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室 高分辨光学成像技术联合实验室
4 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学技术实验室, 西安710119
介绍了一种新型的空间望远镜，通过改变光学系统焦距，可以提高任意感兴趣视场的成像分辨率。光学系统有四个反射镜组成，包括两个静态非球面反射镜和两个面形动态可调非球面反射镜.通过改变两个可变形反射镜的面形，系统焦距可以在399 mm到558 mm范围内进行动态调整.和机械式变焦系统相比，此主动变焦系统避免了光学元件的精密移动，有效减少反应时间。分析了此系统的成像质量，给出了0°、0.51°、0.7°不同视场的弥散斑：1.6 μm、1.0 μm、1.7 μm，及传递函数：在68 lp/mm 时，MTF曲线值大于0.7.此新型成像技术还可以有效减少数据传输链带宽需求，在遥感领域具有广阔的应用前景.
主动变焦系统 光学系统设计 可变形镜 任意视场角 Any field angle Deformable mirror Active zoom system Optical systems design
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室 高分辨光学成像技术联合研究室, 西安 710119
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室 高分辨光学成像技术联合研究室, 西安 710119
3 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室 高分辨光学成像技术联合研究室
4 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学技术研究室, 西安 710119
大到天文光学望远镜观察浩瀚的宇宙, 小到光学显微镜探察细微的纳米世界, 光学成像技术在人类探索和发现未知世界奥秘的活动中扮演着至关重要的角色. 看得更远、看得更细、看得更清楚是人们不断追求的目标. 传统光学理论已证明所有经典光学系统都是一个衍射受限系统, 即光学系统空间分辨率的物理极限是由光的波长和系统的相对孔径（或数值孔径）决定的. 能否突破这个极限？能否不断提高光学系统的成像分辨率？围绕着这个问题, 本文综述了近年来开展的各种光学高分辨和超分辨成像技术, 及其在空间探测和生物领域中的应用.
高分辨 超分辨 光学成像 空间光学遥感 显微成像 Highresolution Superresolution Optical imaging Space optical remote sensing Microscopy
1 西安交通大学理学院， 陕西 西安 710049
2 非平衡物质结构及量子调控教育部重点实验室， 陕西 西安 710049
3 加拿大纽布朗斯维克大学物理系， 弗里德利克顿 E3B5A3, 加拿大
4 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学研究室， 陕西 西安 710068
5 柏林自由大学物理系， 柏林 14195， 德国
简要介绍了高层大气被动探测技术的研究历史、现状和发展趋势。论述了高层大气被动探测技术的基本原理和方法，给出了高层大气被动探测的辐射源和气辉谱线、四强度探测法和临边探测模式。重点介绍了自行设计研制的风成像干涉仪的宽场、消色差、温度补偿理论以及工程设计和研制。采用风成像干涉仪进行了模拟高层大气探测实验，给出了高层大气风场、温度和压强的探测结果。该研究对空间探测、对地观测、**、****和国民经济建设均具有科学意义和应用价值。
大气光学 高层大气 被动探测 风成像干涉仪
中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
介绍了嫦娥二号卫星有效载荷CCD立体相机中单镜头两视角同轨立体成像、时间延迟积分(TDI)CCD自推扫和速高比补偿的综合技术方案。它在国际上首次采用两线阵TDI CCD自推扫实现对月面的高分辨率同轨立体成像。TDI CCD在自推扫成像中必须保持图像在TDI CCD焦平面上的运动速度与电子潜像运动速度同步，为此采用了地面行频注入与激光高度计辅助行频计算两种速高比补偿技术，同时通过光机电总体优化设计，精心制作与装配,使相机发射前整机(光、机、电和TDI CCD)全视场调制传递函数(MTF)检测值均在0.4以上，从而大大放宽了在轨速高比补偿的精度要求。由于多方面技术措施的综合应用，TDI CCD立体相机不但在100 km圆轨上获得了地元分辨率为7 m的全月面清晰影像图——迄今为止国际上最高地元分辨率的全月清晰图像,同时在15 km×100 km椭圆轨道近月弧段获得了虹湾地区分辨率约为1.3 m的清晰局域同轨立体图像，使我国在对月高分辨率成像中进入国际先进水平。
嫦娥二号卫星 同轨立体成像 速高比补偿 在轨图像
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
为使嫦娥二号卫星CCD立体相机在100 km高度的圆轨上能够获取地元分辨率力为7 m的图像，设计了一种两线阵立体测绘CCD相机光学系统。介绍了两线阵立体测绘相机的工作原理。根据卫星总体的指标要求，对光学系统的主要参数进行了详细计算，确定系统的焦距为144.4 mm，视场角为42\O，相对孔径为F/9，光谱范围为450～520 nm。光学系统采用6组7片型消畸变复杂化的双高斯结构形式，在50 lp/mm奈奎斯特空间频率下平均调制传递函数为0.67。给出了嫦娥二号卫星CCD立体相机在100 km高度的首轨图像和极区图像，图像清晰、层次丰富，表明该光学系统能满足任务要求。
光学设计 CCD相机 两线阵 时间延迟积分CCD
