大氣CO2甚高光譜分辨率成像光譜儀光學設計.pdf

1、CO2是重要的溫室氣體，近幾十年來，其排放量不斷增加，引起的氣候問題已經成為全球關注的重大環(huán)境問題之一。為了研究 CO2對氣候變化和全球生態(tài)系統的影響，需要高精度測量大氣 CO2在全球范圍內的時空變遷。本文研究適用于低成本微小衛(wèi)星的大氣CO2柱濃度探測成像光譜儀光學系統。
　　首先，闡述大氣 CO2柱濃度遙感探測原理，利用逐線積分輻射傳輸模型（LBLRTM）數值分析探測精度、光譜分辨率和信噪比要求之間的相互關系，確定儀器的光譜分辨

2、率及信噪比要求，進而確定光學系統F數及前置、分光系統的指標參數。根據這些指標和光學系統微小型化要求，重點研究基于逆卡塞格林前置成像物鏡和平場消像散離軸三反中階梯衍射光柵Littrow裝架分光系統方案，具有三個波段共用一個光學系統，結構緊湊的優(yōu)點。
　　接著，基于平場消像散離軸三反Littrow裝架分光系統的對稱特性，從半部系統出發(fā)，根據其初級像差公式，求解分光系統初始結構。借助商用光學設計軟件，設計了F數4、光譜分辨本領21000

3、的微小型大氣CO2柱濃度探測成像光譜儀光學系統。
　　為進一步減小成像光譜儀體積，研究和分析采用浸沒衍射光柵提高光譜分辨本領、減小分光系統體積的原理與方法。研究與優(yōu)化設計表明，采用中階梯浸沒衍射光柵，成像光譜儀分光系統體積減小為原來的40％。
　　最后，對設計得到的中階梯浸沒衍射光柵光學系統進行公差優(yōu)化分配，得到符合實際加工要求的公差分配結果，并設計遮光結構，分析系統雜光，結果表明系統雜光抑制性能良好。
　　設計得到了