太阳CO 4.66μm光栅光谱仪的光学设计

作     者：魏烨艳 白先勇 张志勇 冯志伟 宋谦 WEI Ye-yan;BAI Xian-yong;ZHANG Zhi-yong;FENG Zhi-wei;SONG Qian

作者机构：中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049 中国科学院国家天文台天文光学重点实验室北京100101 中国科学院国家天文台太阳活动重点实验室北京100101 

出 版 物：《光学精密工程》 (Optics and Precision Engineering)

年 卷 期：2021年第29卷第9期

页      面：2009-2018页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(No.11427901 No.11673038 No.11173036 No.11873062) 

主　　题：光学设计 中红外 光谱仪 中阶梯光栅 李特洛 离轴三反消像散 

摘      要：为了实现对太阳中红外光谱CO 4.66μm波段的观测,设计了一台光谱中心波长为4.667μm的高分辨中红外光谱仪。基于科学观测需求分析了光谱仪的技术指标,为降低红外仪器的背景辐射,光谱仪整体置于真空制冷环境中;为达到高分辨率的观测需求,采用中阶梯光栅作为分光器件;为获得更优的像质,同时达到压缩光路的目的,光谱仪采用李特洛结构与离轴三反消像散技术相结合的光学设计,离轴三反同时承担了光谱仪中准直和成像的功能。在同轴三反系统的几何光学成像理论的基础上,研究了同轴三反结构、离轴三反结构以及光谱仪结构的求解和设计优化方法。光谱仪的焦距为1 300 mm,数值孔径为0.035,视场为20.3 ×0.158 ,系统的整体尺寸小于700 mm。结果表明,在工作波段范围内,光谱仪点列图的均方根直径小于5μm,能量集中于一个像元尺寸范围内,光谱仪系统设计结果满足要求。