CN105467597B - 一种多光谱星光光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多光谱星光光源，其特征在于，所述多光谱星光光源包括依次串联的初始钨灯光源、汇聚光学系统、光学准直系统、棱镜色散系统、空间调制系统及均匀混光系统，所述初始钨灯光源发出的光经过所述汇聚光学系统在焦面处形成柱面光波，经过所述光学准直系统转化为平行光，再通过所述棱镜色散系统使多种波长的色散光谱投射在所述空间调制系统上，所述空间调制系统选择目标光谱进入所述均匀混光系统，由所述均匀混光系统输出端输出光谱范围从300nm到1100nm光谱任意可调的均匀光斑。本发明提供的光源能够同时兼顾高能量利用率与多光谱性。

Description

一种多光谱星光光源
技术领域
本发明涉及光学测试技术领域，尤其涉及一种多光谱星光光源。
背景技术
宽谱段成像在空间探测领域具有不可替代的优势，随着探月工程、深空探测计划、以及火星探测等计划的相继发展，受到越来越多的关注。在对宽谱段星光载荷进行标定时，星光敏感器、星光载荷需要提前进行标定。在标定时常规光源的光谱分布固定，而且与被测星光光谱分布差别较大，难以复现被测星光目标光谱信息，校准精度较低，因此建立多光谱星光光源以提高校准精度十分必要。
标准光源是光学测试类仪器重要的组成部分，现有校准技术中光源多选择卤钨灯或者氙灯，此类光源稳定，但是光谱分布不会变化，无法精确模拟地物表的光谱信息，对后期数据反演精度造成影响。而且通常卤钨灯等光源不能调整亮度，所以无法准确模拟不同星等的星光。
传统的光谱可调谐光源使用光栅色散的形式，能量利用率低、杂散光影响较大，对载荷的校准精度不高。
本发明的目的在于解决现有光谱辐射校准和探测器校准技术不足，提供了一种多光谱星光光源，它不仅能够提供从紫外到短波红外范围内光谱分布任意可调的均匀光斑，而且能够在一定范围内改变输出均匀光斑的能量。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种多光谱星光光源，用以解决现有光源难以兼顾高能量利用率与多光谱性的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种多光谱星光光源，其特征在于，所述多光谱星光光源包括依次串联的初始钨灯光源、汇聚光学系统、光学准直系统、棱镜色散系统、空间调制系统及均匀混光系统，所述初始钨灯光源发出的光经过所述汇聚光学系统在焦面处形成柱面光波，经过所述光学准直系统转化为平行光，再通过所述棱镜色散系统使多种波长的色散光谱投射在所述空间调制系统上，所述空间调制系统选择目标光谱进入所述均匀混光系统，由所述均匀混光系统输出端输出光谱范围从300nm到1100nm光谱任意可调的均匀光斑。
可选的，汇聚光学系统由透镜组和柱透镜组成。
可选的，汇聚光学系统口径范围10mm～200mm，焦距范围为10mm～400mm。
可选的，光学准直系统由一个柱面镜组成。
可选的，色散系统由色散棱镜和一组成像透镜组成。
可选的，色散棱镜为等边三棱柱，棱镜材料为熔融石英。
可选的，空间调制系统由数字微镜阵列组成。
可选的，均匀混光系统采用全反射方式进行混光。
可选的，透镜及棱镜的表面设置增透膜。
可选的，准直光学系统口径10mm～200mm，焦距范围为10mm～400mm；色散光学系统口径10mm～200mm，焦距范围为10mm～400mm。
本发明涉及的多光谱恒星光源，主要由光源系统、汇聚系统、柱面准直系统、棱镜色散系统、光谱调制系统以及均匀混光系统组成，通过高稳定电源控制光源发出的发散光经过汇聚系统中球面准直系统准直后，再通过柱面镜汇聚在柱面镜焦面处，在焦面处形成细长型均匀照明。再经过柱面准直系统将柱面光波转换为平面光波，通过色散棱镜在棱镜出射面处不同波长的光波沿不同方向出射，棱镜色散系统中的汇聚透镜组对不同方向的光谱进行汇聚，在焦面处形成一系列的平直谱带，这些平直谱带x方向代表光的频率，y方向代表光的亮度。光谱调制系统相当于空间调制器，空间调制器可以在二维平面每一个位置上任意调制，在x方向进行调制可以选择进入投影系统内的光谱频率，同时对于选定的所有频率光谱，在平直谱带面上y方向的长度越长则代表能量越多，从而亮度越大，通过改变光谱调制系统中的空间调制器可以选择y方向上任意长度的光进入到投影系统从而改变进入到投影系统内光的亮度，目标光谱通过投影系统进入均匀混光系统中，在出口处得到几十个入口处光斑叠加结果，最后在均匀混光系统出口可以输出光谱任意可调的均匀光斑。本发明有益效果如下：(1)本发明可实现300nm-1100nm任意光谱分布的光的调制，光斑强度可调。(2)本发明的实现了光谱及能量可调的前提下提高了系统能量利用率，减少了系统的杂散光影响。(3)本发明可实现对星敏感器等载荷光谱参数校准精度的有效提升，为后续光学系统提供了可变的光亮度以模拟可变的星等，减少校准误差，提升校准精度。(4)本发明的汇聚光学系统在焦面处形成细长型光斑，有效的提高了系统照明均匀性。(5)色散棱镜元件选用等边棱镜，提高了色散系统的色散能量利用率，使得整个光学系统无0级衍射光谱，有效降低杂散光。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明多光谱星光光源结构示意图；
图2为本发明多光谱星光光源的汇聚光学系统示意图；
图3为本发明多光谱星光光源的准直系统示意图；
图4为本发明多光谱星光光源的色散系统示意图；
图5为本发明多光谱星光光源的工作示意图；
图6为本发明具体实施方式提供的多光谱星光光源示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
如图1所示，一种多光谱星光光源，包含初始光源、汇聚光学系统、准直光学系统、色散系统、空间调制系统及均匀混光系统。光源发出的光经过汇聚光学系统在焦面处形成柱面光波，再经过准直光学系统转化为平行光，通过色散系统使多种波长的色散光谱投射在光谱调制系统上，光谱调制系统根据计算机输入的目标光谱图样选择目标光谱进入均匀混光系统中，最后在均匀混光系统输出端可以输出光谱任意可调的均匀光斑。
如图2所示为本发明的汇聚光学系统的结构图，汇聚光学系统包括一个透镜组和一个柱透镜，汇聚光学系统透镜选用材料为氟化钙和熔融石英，汇聚光系统对光源发出的光起汇聚作用，不同于传统的球面镜光学系统在汇聚系统焦面处形成一个均匀圆斑，本发明的汇聚光学系统在焦面处形成细长型光斑，在狭缝竖直方向上光斑较长，可以有效的提高系统的能量利用率以及照明均匀性，并且可以提高后期光谱调制精度。
当汇聚光学系统口径范围10mm～200mm，焦距范围为10mm～400mm时，系统的能量利用率具有较优的值，系统性能稳定性也有所提高。优选的，在汇聚光学系统组成部件上均镀有在300nm-1100nm内透过率大于98％的增透膜，增透膜采用离子辅助沉积,电子束真空镀膜的方法,通过对真空度、基底温度、TiO_2膜料蒸发速率等工艺参数的调整和膜层厚度的监控方法的改进,采用Al_2O_3,MgF_2,TiO_2,SiO(略)材料,在熔融石英基底上制备了300—1100nm宽带增透膜，此时系统的能量利用率能进一步提升。
准直系统的结构图如图3所示，准直系统选用柱透镜，选用熔融石英玻璃，将汇聚光学系统焦面处的光准直为平行光，准直光学系统口径范围10mm～200mm，焦距范围为10mm～400mm。且均镀有在300nm-1100nm内透过率大于98％的增透膜。
如图4所示，色散系统中棱镜材料为熔融石英，透镜组材料为熔融石英和氟化钙。色散棱镜元件选用等边棱镜，等边棱镜内底边为冷静内光线传输方向，相比传统色散棱镜在控制棱镜体积的前提下增大了棱镜的色散能力，节约了成本。同时色散元件使用棱镜可以有效减少使用光栅时产生的0级及-1级衍射光谱，色散系统能量利用率提升50％，且减少了系统内杂散光来源，有效的提升了系统的信噪比。色散系统有效提高了色散系统的色散能量利用率较高，且无0级衍射光谱，产生的杂散光较少。色散光学系统口径范围10mm～200mm，焦距范围为10mm～400mm。且均镀有在300nm-1100nm内透过率大于98％的增透膜。
本发明提供的多光谱星光光源工作原理：
如图5所示：在星敏感器等载荷辐射校准中，光谱可调谐光源稳定后输出与目标光谱分布向类似的均匀光斑，在光谱可调谐光源输出端连接待测载荷，通过载荷的光谱响应与光源光谱进行对比完成载荷光谱校准。
如图6所示，光源发出的发散光束经过汇聚系统在其焦面处形成细长型均匀光斑，再经过柱面准直系统汇聚成平行光束，棱镜调制系统对平行复色光进行色散并投影至光谱调制系统上，在其上方形成一系列平直光谱。光谱调制系统选择目标光谱进入后续均匀混光系统中，在均匀混光系统输出端获得均匀的、光谱及亮度可调的光斑。
综上所述，本发明实施例提供了一种本发明提供的多光谱星光光源,不仅能够提供从紫外到短波红外范围内光谱分布任意可调的均匀光斑，而且能够在一定范围内改变输出均匀光斑的能量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多光谱星光光源，其特征在于，所述多光谱星光光源包括依次串联的初始钨灯光源、汇聚光学系统、光学准直系统、棱镜色散系统、空间调制系统及均匀混光系统，所述初始钨灯光源发出的光经过所述汇聚光学系统在焦面处形成柱面光波，经过所述光学准直系统转化为平行光，再通过所述棱镜色散系统使多种波长的色散光谱投射在所述空间调制系统上，所述空间调制系统选择目标光谱进入所述均匀混光系统，由所述均匀混光系统输出端输出光谱范围从300nm到1100nm光谱任意可调的均匀光斑；
所述汇聚光学系统由透镜组和柱透镜组成，所述汇聚光学系统在焦面处形成细长型光斑，在狭缝竖直方向上光斑较长；
所述光学准直系统由一个柱面镜组成；
所述色散系统由色散棱镜和一组成像透镜组成。
2.根据权利要求1所述的多光谱星光光源，其特征在于，所述汇聚光学系统口径范围10mm～200mm，焦距范围为10mm～400mm。
3.根据权利要求1所述的多光谱星光光源，其特征在于，所述色散棱镜为等边三棱柱，棱镜材料为熔融石英。
4.根据权利要求1所述的多光谱星光光源，其特征在于，所述空间调制系统由数字微镜阵列组成。
5.根据权利要求1所述的多光谱星光光源，其特征在于，所述均匀混光系统采用全反射方式进行混光。
6.根据权利要求1所述的多光谱星光光源，其特征在于，其特征在于，所述透镜及棱镜的表面设置增透膜。
7.根据权利要求1所述的多光谱星光光源，其特征在于，所述准直光学系统口径10mm～200mm，焦距范围为10mm～400mm；所述色散光学系统口径10mm～200mm，焦距范围为10mm～400mm。
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