CN105403311A - 一种中间狭缝扫描谱仪及采用该扫描谱仪的光谱定标光源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中间狭缝扫描谱仪，包括：中间狭缝，色散相减、串接的两台光栅单色仪；入射的白光经第一个光栅单色仪色散后，某一波长单色光可经中间狭缝进入第二个光栅单色仪；两台所述光栅单色仪中的光栅固定不动；该中间狭缝扫描谱仪可通过所述中间狭缝的平移完成光谱扫描。光谱定标光源，在光路上依次包括：光源、前置光学系统、中间狭缝扫描谱仪、后置光学系统。设有本发明的中间狭缝扫描谱仪的光谱定标光源，基于高精度标准探测器实时为光源单色光输出定标后，合成的白光辐照待定标仪器，定标给出仪器光谱辐照度/辐亮度响应度，方便、快捷、精度高。
Description
技术领域
本发明涉及光辐射计量技术领域，具体涉及一种中间狭缝扫描谱仪及采用该扫描谱仪的光谱定标光源。
背景技术
近一、二十年国际上在环境科学、大气物理、气象学、气候学等研究的推动下，空间大气定量光谱遥感技术发展十分迅速。如美国宇航局和欧空局的SBUV/2、OCO、GOME、SCIAMACHY、OMI等，我国的二氧化碳探测仪、臭氧垂直探测仪、臭氧总量探测仪、紫外高光谱臭氧轮廓探测仪等。这些仪器的共同特点是辐射定标精度要求高，传统的基于黑体辐射定标的光谱辐射标准光源往往不能满足需要。近年，国际上涌现新一代基于低温辐射计/标准探测器的高精度光谱遥感仪器定标装置，如美国SIRCUS，提高了定标精度。
发明内容
本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种中间狭缝扫描谱仪及采用该扫描谱仪的光谱定标光源。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种中间狭缝扫描谱仪，包括：中间狭缝，色散相减、串接的两台平像场光栅单色仪；入射的白光经第一个光栅单色仪色散后，某一波长单色光可经中间狭缝进入第二个光栅单色仪；
两台所述光栅单色仪中的光栅固定不动；
该中间狭缝扫描谱仪可通过所述中间狭缝的平移完成光谱扫描。
采用上述中间狭缝扫描谱仪的光谱定标光源，在光路上依次包括：光源、前置光学系统、中间狭缝扫描谱仪、后置光学系统；
所述光源为前置光学系统提供入射光；
所述前置光学系统可将入射光汇聚，并射入中间狭缝扫描谱仪中的第一个光栅单色仪；
由所述中间狭缝扫描谱仪出射的光可在后置光学系统中进行采集和探测。
在上述技术方案中，所述光源为：氙灯、卤钨灯、LED或超连续光源。
在上述技术方案中，所述后置光学系统包括：积分球。
在上述技术方案中，所述前置光学系统为高效聚光镜。
本发明具有以下的有益效果：
采用本发明的中间狭缝扫描谱仪的光谱定标光源，基于高精度标准探测器实时为光源单色光输出定标后，合成的白光辐照待定标仪器，定标给出仪器光谱辐照度/辐亮度响应度，方便、快捷、精度高。光谱定标光源通过中间狭缝扫描相继输出确定光谱带宽和中心波长的单色光，可用于构造待定标仪器的光谱杂散光校正矩阵，进行待定标仪器光谱杂散光校正与评价。光谱定标光源可适应待定标仪器需求，通过改变出射狭缝处哈特曼光阑位置来改变定标光束光强(光谱辐照度/辐亮度)。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的中间狭缝扫描谱仪的中间狭缝结构示意图。
图2为设有本发明的中间狭缝扫描谱仪的光谱定标光源的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做以详细说明。
单色仪一般由入射狭缝、准直镜、色散器件、聚光镜和出射狭缝组成。双单色仪则由两个单色仪串接而成。入射的白光(复色光)经第一个单色仪色散后，某一波长单色光经中间狭缝进入第二个单色仪，如第二个单色仪进一步色散，两单色仪总的光谱分辨率比单个单色仪加倍，称为色散相加型。如第二个单色仪消色散，总的分辨率与单个单色仪相同，但光谱杂光大大消减，称为色散相减型。按两个单色仪采取的色散器件，可分类为光栅双单色仪、棱镜双单色仪和棱镜-光栅双单色仪。双单色仪通常靠凸轮机构或正弦机构同步旋转两单色仪的色散元件，实现光谱扫描。
本发明的中间狭缝扫描谱仪为中缝扫描色散相减双光栅单色仪，是一种改型Ebert-Fastie双单色仪，其由两台光栅单色仪串接而成，色散相减，但光谱扫描方式与上述普通双单色仪不同。本发明双单色仪的两光栅固定不动，靠中间狭缝平移完成光谱扫描。这样就赋予了该单色仪有两种工作模式。双单色仪中间狭缝窄缝到位、扫描时，出射单色光；双单色仪中间狭缝窄缝离位、宽缝到位时出射单色光合成的白光(复色光)。出射单色光时可采用标准探测器用于仪器本身定标，出射合成的具有已知光谱辐亮度或光谱辐照度的白光时用于定标遥感仪器。
以本发明的中间狭缝扫描谱仪为主体的光谱定标光源，以下简称定标光源，由高稳定度光源(氙灯、卤钨灯、LED或超连续光源等)、前置光学系统、中缝扫描色散相减双光栅单色仪、后置光学系统及标准探测器组成。
本发明的中间狭缝扫描谱仪与传统的单色仪或传统的中间狭缝扫描单色仪不同，它有两种工作模式，即窄光谱带输出模式和宽光谱带输出模式。在窄光谱带输出模式下单色仪出射一系列准单色光，可采用由标准低温辐射计标定的标准探测器定标，如美国国家标准技术研究院发布的紫外-可见-近红外波段硅光电二极管标准探测器。在宽光谱带输出模式下，这些准单色光合成具有已知光谱辐照度或已知光谱辐亮度的“白光”，用于遥感仪器定标。由于采用标准探测器定标，与传统的光谱辐照度或光谱辐亮度标准灯相比，保证光源的输出在使用过程中不断得到复核，因而保证了光源光谱辐射不确定度。
光源经前置光学系统照明双单色仪入射狭缝，并在双单色仪中间狭缝处形成双单色仪入射狭缝的光谱像。中间狭缝如图1所示，由可调窄缝和宽缝组成，沿光谱像移动。当采用窄缝时，在双单色仪出射狭缝相继输出中心波长与中缝位置对应、光谱带宽与狭缝宽度对应的单色光。单色光经后置光学系统转换为准直光束，经可移入-移出的标准探测器定标或单色光经光纤传输至积分球应用Gershun管标准辐射计定标。当采用宽缝时，其狭缝宽度与所选取的定标波段范围对应，窄缝模式下已定标的单色光叠加后得到“白光”的绝对光谱辐照度或绝对光谱辐亮度，“白光”辐照待定标遥感仪器，进行仪器光谱辐照度响应度或仪器光谱辐亮度响应度定标。
其中，中缝扫描色散相减双光栅单色仪采用两块平面光栅，色散相减。
本发明的定标光源的工作原理如图2所示。经由前置光学系统，光源成像于入射狭缝，通过狭缝的入射光，经第一凹面镜反射后准直为平行光。由第一平面光栅色散后，再经第一凹面镜反射聚焦，在中间扫描狭缝处形成入射狭缝光谱像。应用扫描及调节机构控制中间狭缝可进行光波长、强度和光谱带宽的选取。通过中间狭缝的光经第二凹面镜准直，经第二块平面光栅消色散，再经第二凹面镜将消色散后的光聚焦于出射狭缝。经后置光学系统后转换为准直光束，形成光谱辐照度光源。经可移入-移出的标准探测器定标，辐照待定标仪器，可进行仪器光谱辐照度响应度定标。经出射狭缝后光经光纤传输至积分球，可形成光谱辐亮度光源应用Gershun管标准辐射计定标，辐照待定标仪器，进行仪器光谱辐亮度响应度定标。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种中间狭缝扫描谱仪，其特征在于，包括：中间狭缝，色散相减、串接的两台平像场光栅单色仪；入射的白光经第一个光栅单色仪色散后，某一波长单色光可经中间狭缝进入第二个光栅单色仪；
两台所述光栅单色仪中的光栅固定不动；
该中间狭缝扫描谱仪可通过所述中间狭缝的平移完成光谱扫描。
2.采用权利要求1所述的扫描谱仪的光谱定标光源，其特征在于，在光路上依次包括：光源、前置光学系统、中间狭缝扫描谱仪、后置光学系统；
所述光源为前置光学系统提供入射光；
所述前置光学系统可将入射光汇聚，并射入中间狭缝扫描谱仪中的第一个光栅单色仪；
由所述中间狭缝扫描谱仪出射的光可在后置光学系统中进行采集和探测。
3.根据权利要求2所述光谱定标光源，其特征在于，所述光源为：氙灯、卤钨灯、LED或超连续光源。
4.根据权利要求2所述光谱定标光源，其特征在于，所述后置光学系统包括：积分球。
5.根据权利要求2所述光谱定标光源，其特征在于，所述前置光学系统为高效聚光镜。
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