基于分区光栅的可见-红外光谱成像系统的衍射杂散光分析及抑制方法

光谱成像系统采用分区光栅作为分光元件,能够实现光学元件的复用,具有工作波段宽、光谱分辨率高和结构紧凑等优点。然而,该系统的孔径光阑位于分区光栅处,宽波段光束同时入射至各通道光栅区域上,不同频率光栅的多级衍射光会导致不同通道之间产生干扰,其难以被消叠级滤光片去除。该问题严重影响有效光谱信号的提取和分析,甚至淹没有效目标信号。通过光线追迹确定系统中衍射杂散光的来源,并根据分析模型计算衍射杂散光系数。根据光学系统的结构特点,提出采用线性渐变滤光片和光阑镀膜两种衍射杂散光的抑制方法,并分析了滤光片带宽要求以及光阑镀膜对衍射杂散光系数的改善效果。分析结果表明,光阑镀膜方法能够将系统的衍射杂散光系数降至0.57%。相较于线性渐变滤光片方法,光阑镀膜方法易于实现,适用于基于分光光栅的光谱成像光学系统的衍射杂散光的抑制。

主镜台阶数目对衍射成像系统传递函数的影响分析

为研究位相型菲涅尔透镜台阶近似引起的衍射杂散光对衍射成像系统调制传递函数(MTF)的影响,本文运用波动光学仿真分析方法模拟光波的传播。通过有限个级次的衍射波面在系统像面上相干叠加,得到系统的点扩散函数(PSF);对其进行傅里叶变换,得到系统的MTF。以菲涅尔主镜口径为80 mm的衍射成像系统为样机,分析了衍射主镜台阶数目为二、四、八时,系统MTF与理论设计值的差异。结果表明,随着衍射主镜台阶数目的增加,衍射杂散光对系统MTF的影响减小;并且四台阶时,与设计值的偏差已经小于0.5%。最后结合几何光线追迹仿真分析,提出将衍射主镜加工成中心区域多台阶、边缘部分为二台阶的思路,降低了衍射杂散光的影响。