应用于作物荧光检测的改进型Offner光谱仪设计

为了对作物进行更灵敏、更高效的生长监测,国内外相继设计了各类高光谱分辨率的光谱仪用来探测叶绿素荧光效率。本文对传统Offner光谱仪系统进行改进,得到了光谱分辨率更高的整体结构。光学系统选用双反望远系统,光谱仪部分采用高刻线密度反射型凸面光栅,实现更高的光谱分辨率。在此基础上,添加放大透镜以满足长狭缝需求,同时得到了一种狭缝-像面在光栅同一侧的Offner结构。利用codeV软件对望远系统和光谱仪部分的初始结构进行优化。结果表明,工作在670~780 nm波段时,光谱分辨率为0.3 nm,在17 lp/mm截止频率下整体调制传递函数MTF>0.75,各视场条件下弥散斑均方根半径RMS<15μm。由此可知,该方法可以满足作物生长叶绿素监测领域的高精度、实时性要求。

一种长狭缝均匀色散的Dyson棱镜成像光谱仪

国内外研究的Dyson棱镜成像光谱仪有自身像差较小、高透过率等优点。对Dyson棱镜式成像光谱仪存在的色散均匀性进行改进,通过分析不同材料棱镜的色散规律,选用了熔融石英及CaF2材料构成的消色差棱镜组,并采用超环反射面及透镜组校正其余像差。优化得到一种长度为80 mm的狭缝、色散较为均匀的Dyson棱镜成像光谱仪,同时采用双反物镜结构及拼接狭缝的手段达到总体200 km的幅宽要求。结果表明,在400~2500 nm波段范围及狭缝长度为80 mm的条件下,光谱分辨率为10 nm,光学系统设计值在25 lp/mm截止频率下,调制传递函数大于0.6。通过各波长色散后的像面光谱位置可以得出,在400~1200 nm范围内,色散曲线与拟合直线之间的拟合精度由单材料棱镜时的0.88提高到两种材料棱镜时的0.94,色散均匀性也得到了极大的改善。