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星载宽波段远紫外高光谱成像仪光学系统设计

光学学报 2013年第3期33卷 230-236页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

根据高层大气遥感的应用要求,设计了一个全反射式的远紫外高光谱成像仪光学系统,该系统由扫描镜、离轴抛物面望远镜和超环面光栅光谱仪组成。提出了一种凹面超环面光栅光谱仪像差校正方法,根据凹面光栅的几何像差理论求解初始结构参数,... 详细信息

根据高层大气遥感的应用要求,设计了一个全反射式的远紫外高光谱成像仪光学系统,该系统由扫描镜、离轴抛物面望远镜和超环面光栅光谱仪组成。提出了一种凹面超环面光栅光谱仪像差校正方法,根据凹面光栅的几何像差理论求解初始结构参数,然后利用光学设计软件Zemax进行优化,完成了超环面光栅光谱仪的设计,在工作波段内,点列图半径的方均根均小于16μm,实现了宽波段像差同时校正,满足光谱分辨率0.6nm的指标要求,也证明了提出的像差校正方法是可行的。运用光学设计软件Zemax对远紫外高光谱成像仪光学系统进行了光线追迹,并对设计结果进行了分析,分析结果表明,各波长的光学传递函数均达到0.8以上,完全满足设计指标要求,且结构紧凑,适合空间遥感应用。

关键词：光学设计高光谱成像仪超环面光栅远紫外几何像差

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宽视场大相对孔径高光谱成像仪光学系统设计

光学学报 2014年第2期34卷 213-218页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

宽视场大相对孔径高光谱成像仪已成为航空海洋水色遥感等领域的应用需求。根据宽视场和大相对孔径的研究目标，采用离轴Schwarzschild望远成像系统和改进型Dyson光谱成像系统匹配的结构型式，设计了一个视场为40。、相对孔径为1／1．8... 详细信息

宽视场大相对孔径高光谱成像仪已成为航空海洋水色遥感等领域的应用需求。根据宽视场和大相对孔径的研究目标，采用离轴Schwarzschild望远成像系统和改进型Dyson光谱成像系统匹配的结构型式，设计了一个视场为40。、相对孔径为1／1．8、工作波段为0．35～1．05μm的航空遥感高光谱成像仪光学系统。基于像差理论，分析了改进型Dyson光谱成像系统球差校正原理，运用光学设计软件Zemax对高光谱成像仪光学系统进行了光线追迹和优化，并对设计结果进行了分析。分析结果表明，设计的光学系统在各个波长的光学传递函数均不小于0．82，谱线弯曲和谱带弯曲均小于像元尺寸的5％。这便于光谱和辐射定标，完全满足设计指标要求，且系统体积小、重量轻，适合于航空遥感应用。

关键词：光学设计高光谱成像仪 Schwarzschild望远成像系统 Dyson光谱成像系统海洋水色

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星载多模式差分吸收高光谱成像仪光学设计

光学学报 2016年第7期36卷 231-238页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

星载多模式差分吸收高光谱成像仪是一种新型空间大气探测仪器,要求同时具有天底、临边和掩日等多模式探测功能,主要用于二氧化硫、二氧化氮等大气痕量气体探测。提出了利用两个扫描镜切换不同探测模式、利用双光谱仪减小系统的光谱杂光... 详细信息

星载多模式差分吸收高光谱成像仪是一种新型空间大气探测仪器,要求同时具有天底、临边和掩日等多模式探测功能,主要用于二氧化硫、二氧化氮等大气痕量气体探测。提出了利用两个扫描镜切换不同探测模式、利用双光谱仪减小系统的光谱杂光,利用分色片将工作波段分成3个通道实现多模式高光谱分辨率探测的新方法,设计了一个多模式差分吸收高光谱成像仪光学系统,瞬时视场为1.8°×0.04°,系统F数为2,工作波段为250～500nm,分成250～310nm、300～410nm和400～500nm 3个通道。利用ZEMAX-EE软件进行优化设计和分析,其中250～310nm通道,光谱分辨率为0.12nm,满足光谱分辨率不大于0.4nm的指标要求;300～410nm和400～500nm通道,光谱分辨率分别为0.25nm和0.23nm,满足光谱分辨率不大于0.6nm的指标要求。多模式差分吸收高光谱成像仪在空间维方向的调制传递函数（MTF）在特征频率0.25lp/mm处达到0.98以上,能够满足空间多模式差分吸收高光谱大气探测的要求。

关键词：光学设计多模式差分吸收高光谱成像仪扫描镜

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星载宽波段临边臭氧廓线探测仪光学设计

光学学报 2015年第8期35卷 255-261页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

星载宽波段临边臭氧廓线探测仪是一种新型空间光学遥感器,根据宽波段、大动态范围、小型化的要求,提出了利用随波段衰减滤光片调节入射信号的强度,实现宽波段大动态范围临边成像光谱同时探测的新方法。采用离轴抛物面望远镜和离轴非球... 详细信息

星载宽波段临边臭氧廓线探测仪是一种新型空间光学遥感器,根据宽波段、大动态范围、小型化的要求,提出了利用随波段衰减滤光片调节入射信号的强度,实现宽波段大动态范围临边成像光谱同时探测的新方法。采用离轴抛物面望远镜和离轴非球面光谱成像系统,设计了一个棱镜色散型宽波段临边臭氧廓线探测仪光学系统,工作波段290~1000 nm、视场1.4°×0.032°、焦距80 mm,相对孔径1/6。利用光学设计软件ZEMAX-EE进行了优化设计和性能评价,结果表明,成像点弥散斑半径的均方根值最大为6.2 mm,小于探测器像元尺寸的1/2,在290 nm处,光谱分辨率0.9 nm,在1000 nm处,光谱分辨率22 nm,均满足设计指标要求。临边臭氧廓线探测仪全系统不同波长的光学传递函数在特征频率7.4 lp/mm处大于0.82,设计结果满足成像质量要求,且具有体积小、质量轻的特点,适合空间遥感应用。

关键词：光学设计臭氧廓线探测仪望远系统光谱成像系统临边

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用于大气痕量气体探测的临边成像光谱仪

光学学报 2013年第5期33卷 183-189页

作者：薛庆生段民征中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大气物理研究所北京100029

为满足空间大气遥感的迫切需求,设计并研制了用于大气痕量气体探测的紫外/可见临边成像光谱仪原型样机,对应工作波段为560～780nm和280～390nm,分别利用光栅的一级和二级衍射。样机由单块离轴抛物面望远镜和改进型Czerny-Turner光谱仪组... 详细信息

为满足空间大气遥感的迫切需求,设计并研制了用于大气痕量气体探测的紫外/可见临边成像光谱仪原型样机,对应工作波段为560～780nm和280～390nm,分别利用光栅的一级和二级衍射。样机由单块离轴抛物面望远镜和改进型Czerny-Turner光谱仪组成,在整个工作波段内,弥散斑半径的均方根(RMS)值均小于10μm,同时获得了良好的成像质量。原型样机质量为15kg,体积为500mm×350mm×200mm,空间分辨力为0.44mrad,光谱分辨力为1.52nm。利用原型样机进行了外场观测试验,并对外场观测光谱数据与模拟光谱数据进行了对比,发现二者具有很好的一致性,表明了临边成像光谱仪的功能和性能均良好,可以满足大气痕量气体探测的应用要求。

关键词：光学设计成像光谱仪地球临边痕量气体光谱分辨率空间分辨率

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空间遥感大气痕量气体临边探测仪设计与研究

光子学报 2013年第3期42卷 271-277页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033

为满足空间大气痕量气体探测的迫切需求,设计并研制了一个空间遥感大气痕量气体临边探测仪原型样机.该样机光学系统由离轴抛物面望远镜和改进型Czerny-Turner光谱仪组成,工作波段为380～570nm.在工作波段内,点列图半径的均方根值均小于9... 详细信息

为满足空间大气痕量气体探测的迫切需求,设计并研制了一个空间遥感大气痕量气体临边探测仪原型样机.该样机光学系统由离轴抛物面望远镜和改进型Czerny-Turner光谱仪组成,工作波段为380～570nm.在工作波段内,点列图半径的均方根值均小于9μm,校正了像散,整个工作波段内同时获得了良好的成像质量.原型样机质量12kg,体积420×350×200mm3,空间像元分辨力0.6km,光谱分辨力0.86nm,各项指标均满足要求.利用临边探测仪原型样机进行了外场观测试验,外场观测光谱数据与模拟光谱数据进行了比对,二者具有很好的一致性,表明大气痕量气体临边探测仪功能和性能良好,满足大气痕量气体探测的应用要求.

关键词：光学设计成像光谱仪临边探测光谱分辨力空间分辨力

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折反式大口径星敏感器光学设计及杂散光分析

光学学报 2016年第2期36卷 171-177页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

大口径星敏感器已成为卫星导航领域的迫切需求，根据大口径和轻量化的研究目标，采用R-C系统和球面补偿透镜组相结合的结构型式，设计了一个视场1．8°、焦距719mm，人瞳直径164mm，工作波段0．45～0．9μm的折反式大口径星敏感器光学... 详细信息

大口径星敏感器已成为卫星导航领域的迫切需求，根据大口径和轻量化的研究目标，采用R-C系统和球面补偿透镜组相结合的结构型式，设计了一个视场1．8°、焦距719mm，人瞳直径164mm，工作波段0．45～0．9μm的折反式大口径星敏感器光学系统，采用像方远心设计，降低了像面离焦对能量质心位置计算的影响，同时提高了像面照度均匀性。根据像差理论计算初始结构参数，利用光学设计软件CODEV进行了光线追迹和优化设计，设计结果表明，光学系统遮拦比0．317，光学传递函数在特征频率26lp／mm处，大于0．81，成像点80％的能量集中在3×3像元内，垂轴色差小于2μm，最大质心偏差小于2μm。采用内遮光罩、外遮光罩、次镜遮光罩和挡光环等消杂光设计来降低杂散光水平，利用Tracepro软件对光机系统的杂散光进行了仿真分析，分析结果表明，在离轴角6°～90°范围内，点源透射比在10-7～10-4量级，满足应用要求。

关键词：光学设计星敏感器杂散光分析折反式遮光罩

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空间大气遥感高光谱成像仪光学系统设计

光学学报 2014年第8期34卷 248-253页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

多模式高光谱成像仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求,根据多模式空间大气遥感的研究目标,采用扫描系统、离轴抛物面望远系统和双光谱仪级联色散光谱成像系统匹配的结构型式,设计了一个瞬时视场1.8°×0.045°、相对孔径1/2、工作波段... 详细信息

多模式高光谱成像仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求,根据多模式空间大气遥感的研究目标,采用扫描系统、离轴抛物面望远系统和双光谱仪级联色散光谱成像系统匹配的结构型式,设计了一个瞬时视场1.8°×0.045°、相对孔径1/2、工作波段250～500nm的星载天底-临边多模式高光谱成像仪光学系统,分成250～330nm和320～500nm两个波段同时探测,利用光学设计软件ZEMAX-EE中进行了光线追迹和优化设计,色散方向不同波长的点列图半径的均方根（RMS）值均小于9.5μm,在250～330nm波段,光谱分辨率为0.17nm,在320～500nm波段,光谱分辨率为0.37nm,均满足小于等于0.6nm的指标要求,高光谱成像仪全系统在空间方向各波长在特征频率处的光学传递函数均达到0.9以上,完全满足成像质量要求,适合空间大气遥感应用。

关键词：光学设计高光谱成像仪望远系统光谱成像系统双光谱仪

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星载宽视场差分吸收成像光谱仪光学设计

光学学报 2015年第1期35卷 330-337页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

研究星载宽视场差分吸收成像光谱仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求,根据宽覆盖轻小型星载大气痕量气体差分吸收成像光谱仪的研究目标,采用偏轴两镜系统和中继系统匹配的结构型式设计出无遮拦宽视场望远系统,将宽视场望远系统和Offne... 详细信息

研究星载宽视场差分吸收成像光谱仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求,根据宽覆盖轻小型星载大气痕量气体差分吸收成像光谱仪的研究目标,采用偏轴两镜系统和中继系统匹配的结构型式设计出无遮拦宽视场望远系统,将宽视场望远系统和Offner光谱成像系统匹配,设计了一个视场60°×0.24°、相对孔径1/3、工作波段280～450 nm的星载宽视场差分吸收成像光谱仪光学系统,利用光学设计软件Zemax-EE进行了光线追迹和优化设计,光谱成像系统不同波长的点列图半径的均方根（RMS）值均小于5 mm,光谱分辨率0.692 nm,满足不大于1 nm的指标要求,差分吸收成像光谱仪全系统在空间方向各波长在特征频率处的光学传递函数均达到0.67以上,完全满足成像质量要求,适合空间大气遥感应用。

关键词：光学设计成像光谱仪望远系统光谱成像系统差分吸收