一体化扩视场空间外差干涉仪的设计、制作、标定和地基观测研究
发布时间：2021-04-12 10:59
一体化空间外差干涉仪在空载遥感科学应用中具有重大优势。它可以提供较高的光谱分辨力和较大的光通量,同时具有小而紧凑的体积,并且一体化没有移动部件的构造使得它具有极强的鲁棒性。为了掌握这种技术的关键,我们以940nm附近水汽吸收带为目标,在传统实验室环境下用标准品光学元件设计并制造了一维和二维一体化空间外差干涉仪各一台。标定和测试实验结果表明它们的特性与设计预期相符。我们用其中的二维干涉仪搭建了一套地基940nm附近水汽吸收带观测系统,观测结果与仿真结果具有很好的吻合度。本论文主要内容概括如下:1.首先,我们介绍了空间外差光谱技术（Spatial Heterodyne Spectroscopy,SHS）的研究背景。介绍过程中,我们把空间外差光谱技术的科研应用按照用途分为了三类:发射光谱和吸收光谱的被动测量SHS、拉曼光谱主动测量SHS、以及多普勒测风SHS。2.接下来我们讨论了一维和二维空间外差干涉仪的光学原理,包括了入射光光谱与干涉图频谱之间的映射关系,以及限制系统光谱分辨率和光谱范围的主要因素。我们还介绍了空间外差干涉仪的视场扩展理论,给出了扩展视场棱镜组的各棱镜楔角计算公式。这些理论...
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２第二代一体化ＳＨＩＭＭＥＲ和卫星ＳＴＰＳａｔ－ｌ
?ｉ釋??图１．３?ＰＢＯ－ＳＨＳ在定星镜下搭建的系统。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?ＰＢＯ－ＳＨＳ?ｓｙｓｔｅｍ?ｉｎｓｔａｌｌｅｄ?ｕｎｄｅｒ?ｓｉｄｅｒｏｓｔａｔ．??加拿大约克大学也于２００５年开始了星载空间外差干涉仪的研究，他们的目标是水汽??１３６５ｎｍ附近的吸收带光谱测量中层大气水汽浓度剖面（Ｌｉｎ?ｅｔ?ａ丨２００５）。２０１４年９月??他们研制的水汽空间外差干涉仪（ｓｐａｔｉａｌ?ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ?ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｗａｔｅｒ，?ＳＨＯＷ）??搭载在Ｎｉｍｂｕｓ－７热气球上，获得了?１４公里高度与模拟计算相吻合的水汽吸收谱（图??１．４）。ＳＨＯＷ的结构和原理与ＳＨＩＭＭＥＲ类似，为粘接的一体化空间夕卜差干涉仪，采用??一维傅立叶变换反演，ＣＣＤ纵向作为高度信息。该空间外差干涉仪Ｌｉｔｔｒｏｗ波长为??１３６３．１ｎｍ，光谱范围２ｎｍ，分辨能力３００００。值得注意的是该干涉仪工作在传统硅材??料ＣＣＤ无法探测的近红外波段，因此使用的探测器为ＩｎＧａＡｓ红外相机（Ｄ叩ｏｎｔｅｔ?ａｌ，．??２０１５；?Ｌａｎｇｉｌｌｅ?ｅｔ?ａｌ
料ＣＣＤ无法探测的近红外波段，因此使用的探测器为ＩｎＧａＡｓ红外相机（Ｄ叩ｏｎｔｅｔ?ａｌ，．??２０１５；?Ｌａｎｇｉｌｌｅ?ｅｔ?ａｌ，．?２０１７）。??图１．４?ＳＨＯＷ的一体化干涉仪以及组装好的整机。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｔｈｅ?ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ?ＳＨＳ?ｏｆ?ＳＨＯＷ?ａｎｄ?ｉｔｓ?ａｓｓｅｍｂｌｅｄ?ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．??与Ｈａｒｌａｎｄｅｒ和Ｒｏｅｓｌｅｒ同组的Ｈａｒｒｉｓ和Ｃｏｒｌｉｓｓ?—直致力于全反射式空间外差干??涉仪的研究（Ｈａｒｒｉｓｅｔａｌ，．２００４；Ｃｏｒｌｉｓｓｅｔａｌ，．?２０１１）。他们于２０１５年搭建的全反射空间??夕卜差干涉仪ＡＲＣ－ＳＨＳ?（ａｌｌ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ－ＳＨＳ）在基特峰国家天文台綿合在１．６米口径的??ＭｃＭａｔｈ－Ｐｉｅｒｃｅ太阳望远镜的焦面，对各种天文目标进行观测（图１．５）。ＡＲＣ－ＳＨＳ的??Ｌｉｔｔｒｏｗ波长为６２９．１ｎｍ，光谱范围ｌｎｍ，分辨能力１０００００。６３０ｎｍ附近的具有一系??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间外差干涉光谱仪信噪比研究[J]. 罗海燕,熊伟,施海亮,李志伟. 光学学报. 2017(06)
[2]空间外差干涉光谱仪仪器线型函数测量新方法研究[J]. 熊伟,施海亮,俞能海. 光谱学与光谱分析. 2015(01)
[3]温度对星载空间外差干涉型光谱仪性能的影响[J]. 罗海燕,施海亮,李志伟,李双,熊伟,洪津. 光谱学与光谱分析. 2014(09)
[4]空间外差光谱仪实验室定标技术研究[J]. 李志伟,熊伟,施海亮,王先华,叶函函,韦秋叶,乔延利. 光学学报. 2014(04)
[5]空间外差光谱仪干涉仪组件的容差分析[J]. 罗海燕,施海亮,李双,熊伟,洪津. 光学学报. 2014(03)
[6]新型超光谱大气CO2遥感探测技术[J]. 施海亮,熊伟,罗海燕,李志伟,吴军. 光电工程. 2013(08)
[7]新型超分辨干涉型光谱仪光谱定标研究[J]. 施海亮,方勇华,吴军,熊伟. 光学学报. 2012(05)
[8]地基微波辐射计与GPS无线电探空和GPS/MET的观测对比分析[J]. 徐桂荣,孙振添,李武阶,齐麟,冯光柳. 暴雨灾害. 2010(04)
[9]空间外差光谱仪定标方法研究[J]. 施海亮,熊伟,邹铭敏,罗海燕,吴军,方勇华,乔延利. 光谱学与光谱分析. 2010(06)
[10]近红外空间外差光谱仪及水汽探测研究[J]. 熊伟,施海亮,汪元钧,罗海燕,方勇华,乔延利. 光学学报. 2010(05)
本文编号：3133183
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２第二代一体化ＳＨＩＭＭＥＲ和卫星ＳＴＰＳａｔ－ｌ
?ｉ釋??图１．３?ＰＢＯ－ＳＨＳ在定星镜下搭建的系统。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?ＰＢＯ－ＳＨＳ?ｓｙｓｔｅｍ?ｉｎｓｔａｌｌｅｄ?ｕｎｄｅｒ?ｓｉｄｅｒｏｓｔａｔ．??加拿大约克大学也于２００５年开始了星载空间外差干涉仪的研究，他们的目标是水汽??１３６５ｎｍ附近的吸收带光谱测量中层大气水汽浓度剖面（Ｌｉｎ?ｅｔ?ａ丨２００５）。２０１４年９月??他们研制的水汽空间外差干涉仪（ｓｐａｔｉａｌ?ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ?ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｗａｔｅｒ，?ＳＨＯＷ）??搭载在Ｎｉｍｂｕｓ－７热气球上，获得了?１４公里高度与模拟计算相吻合的水汽吸收谱（图??１．４）。ＳＨＯＷ的结构和原理与ＳＨＩＭＭＥＲ类似，为粘接的一体化空间夕卜差干涉仪，采用??一维傅立叶变换反演，ＣＣＤ纵向作为高度信息。该空间外差干涉仪Ｌｉｔｔｒｏｗ波长为??１３６３．１ｎｍ，光谱范围２ｎｍ，分辨能力３００００。值得注意的是该干涉仪工作在传统硅材??料ＣＣＤ无法探测的近红外波段，因此使用的探测器为ＩｎＧａＡｓ红外相机（Ｄ叩ｏｎｔｅｔ?ａｌ，．??２０１５；?Ｌａｎｇｉｌｌｅ?ｅｔ?ａｌ
料ＣＣＤ无法探测的近红外波段，因此使用的探测器为ＩｎＧａＡｓ红外相机（Ｄ叩ｏｎｔｅｔ?ａｌ，．??２０１５；?Ｌａｎｇｉｌｌｅ?ｅｔ?ａｌ，．?２０１７）。??图１．４?ＳＨＯＷ的一体化干涉仪以及组装好的整机。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｔｈｅ?ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ?ＳＨＳ?ｏｆ?ＳＨＯＷ?ａｎｄ?ｉｔｓ?ａｓｓｅｍｂｌｅｄ?ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．??与Ｈａｒｌａｎｄｅｒ和Ｒｏｅｓｌｅｒ同组的Ｈａｒｒｉｓ和Ｃｏｒｌｉｓｓ?—直致力于全反射式空间外差干??涉仪的研究（Ｈａｒｒｉｓｅｔａｌ，．２００４；Ｃｏｒｌｉｓｓｅｔａｌ，．?２０１１）。他们于２０１５年搭建的全反射空间??夕卜差干涉仪ＡＲＣ－ＳＨＳ?（ａｌｌ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ－ＳＨＳ）在基特峰国家天文台綿合在１．６米口径的??ＭｃＭａｔｈ－Ｐｉｅｒｃｅ太阳望远镜的焦面，对各种天文目标进行观测（图１．５）。ＡＲＣ－ＳＨＳ的??Ｌｉｔｔｒｏｗ波长为６２９．１ｎｍ，光谱范围ｌｎｍ，分辨能力１０００００。６３０ｎｍ附近的具有一系??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间外差干涉光谱仪信噪比研究[J]. 罗海燕,熊伟,施海亮,李志伟. 光学学报. 2017(06)
[2]空间外差干涉光谱仪仪器线型函数测量新方法研究[J]. 熊伟,施海亮,俞能海. 光谱学与光谱分析. 2015(01)
[3]温度对星载空间外差干涉型光谱仪性能的影响[J]. 罗海燕,施海亮,李志伟,李双,熊伟,洪津. 光谱学与光谱分析. 2014(09)
[4]空间外差光谱仪实验室定标技术研究[J]. 李志伟,熊伟,施海亮,王先华,叶函函,韦秋叶,乔延利. 光学学报. 2014(04)
[5]空间外差光谱仪干涉仪组件的容差分析[J]. 罗海燕,施海亮,李双,熊伟,洪津. 光学学报. 2014(03)
[6]新型超光谱大气CO2遥感探测技术[J]. 施海亮,熊伟,罗海燕,李志伟,吴军. 光电工程. 2013(08)
[7]新型超分辨干涉型光谱仪光谱定标研究[J]. 施海亮,方勇华,吴军,熊伟. 光学学报. 2012(05)
[8]地基微波辐射计与GPS无线电探空和GPS/MET的观测对比分析[J]. 徐桂荣,孙振添,李武阶,齐麟,冯光柳. 暴雨灾害. 2010(04)
[9]空间外差光谱仪定标方法研究[J]. 施海亮,熊伟,邹铭敏,罗海燕,吴军,方勇华,乔延利. 光谱学与光谱分析. 2010(06)
[10]近红外空间外差光谱仪及水汽探测研究[J]. 熊伟,施海亮,汪元钧,罗海燕,方勇华,乔延利. 光学学报. 2010(05)
本文编号：3133183
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