SOL 成像光谱仪散光校正

　　在光学系统中的大量像差中，特别注意像散，因为这种像差对于所有“经典”光谱仪器来说都是典型的，并且非常重要。

　　用于光谱仪器的镜面透镜没有对称轴，除了与传统中心系统相关的像差外，还具有去走像差 - 像散。

　　散光是当子午面和矢状面的焦点不匹配时出现的离轴光束像差。像散随着相对孔径的增加而增加(f 值减小)。

　　在观察平面的不同位置，点的图像具有不同的形状。当观察平面远离光学表面时，椭圆首先缩小，然后在经向焦点处退化为一条线(垂直于经向平面)。在进一步移动时，它再次转化为椭圆，进一步转化为一个圆，然后再次在椭圆中，在矢状面的焦点上，它转化为直线(垂直于矢状面)，之后椭圆再次增加。

　　在没有像散校正的光谱仪器中，出口狭缝和光电探测器的平面位于经向聚焦平面的平面上。这确保了高光谱分辨率，但入口狭缝上的点光源在仪器的焦平面上会转化为单色垂直线。

　　在 SOL 仪器制造的所有光谱仪中，散光都是通过使用非球面光学元件来校正的。具有像散校正功能的光谱仪器称为成像光栅和光谱仪。

　　如果对此类光谱仪的入口狭缝，将间隔在狭缝高度上的多个点光源定向，则间距高度的光谱将在焦平面中形成。

　　这允许您在多通道(多轨道)光谱中使用成像光谱仪器(带补偿散光)，其中在焦平面中获得的高度间隔光谱由矩阵光电探测器同时记录。

　　在小尺寸探测器的情况下，使用具有像散补偿的光学方案也可以最大限度地减少光损失。这是红外探测器的一个特定功能，通常具有非常小的有效区域尺寸，以减少噪声。

　　像散补偿为光谱仪器提供了额外的垂直放大倍率，在选择光纤和检测系统时应考虑这一点。

　　让我们来看看使用矩阵 CCD 探测器用成像光谱仪记录信号的几个例子。

　　图 1. 使用离轴凹面镜时散光的影响。

　　图 2. 单色仪-光谱仪 MS7504 焦平面上 200 μm 光纤的光谱图像(无像散校正)。入口狭缝宽度：25 μm。

　　示例 1.

　　使用成像光栅-光谱仪 MS7504i(带散光校正，衍射光栅 1800 l/mm，光源 - 汞氦灯，CCD 检测器的像素尺寸为 24×24 μm)获得的光谱图像。

　　为了将辐射输入到光谱仪器中，使用了光纤芯径为 200 μm 的多光纤束，光纤芯之间的距离 – 50 μm。

　　图像的放大区域。

　　示例 2.

　　在带有 CCD 检测器的成像光栅光谱仪 MS7504i 上获得的针孔光谱图像。针孔尺寸：20×20 μm。CCD 像素尺寸：24×24 μm。

　　针孔图像所在的线的光谱。

　　例 3.

　　在配备 CCD 检测器的光栅光谱仪 MS3504i(1024×122 像素，像素尺寸：24×24 μм)，光栅 1200 l/mm，入口狭缝宽度：15 μm)上获得的八根光纤的光谱图像。

　　光谱图像左侧标有绿色水平线的线。

审核编辑 黄宇