本發(fā)明屬于光學(xué)元件技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種用于超光譜成像系統(tǒng)的階越濾光片設(shè)計(jì)方法，它適用于可見(jiàn)、紅外遙感儀器或軍事偵察的儀器中。

背景技術(shù)：

在航空航天領(lǐng)域，由光學(xué)系統(tǒng)、分光組件、紅外焦平面器件、信號(hào)處理電路等構(gòu)成的超光譜或高光譜光電儀器是對(duì)地觀測(cè)、軍事偵察等衛(wèi)星的重要載荷。遙感載荷通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)匯集目標(biāo)的全波段輻射信息，通過(guò)分光器件分離目標(biāo)光譜波段，以獲取目標(biāo)光譜信息，分光器件分光方式及分光性能直接關(guān)系整機(jī)的核心性能指標(biāo)。

在超光譜儀器設(shè)備中，通常使用的棱鏡分光、光柵分光和傅立葉分光，分配到每行像元上的光譜是特定波段的光譜唯一的對(duì)應(yīng)到此行像元上，要求分光器件在通光譜段內(nèi)光學(xué)效率高，在通光譜段范圍外的光譜不通過(guò)。按照這種方式的其它分光組件，分光光譜在寬光譜范圍內(nèi)都是連續(xù)的，一般采用推掃方式成像，而超光譜一般都要求很高的速高比和快速成像能力，這樣要求焦平面探測(cè)器有很高的讀出幀頻，數(shù)據(jù)量會(huì)非常大，會(huì)對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)處理及傳輸帶來(lái)極大的壓力，并且同一個(gè)光學(xué)通道范圍內(nèi)，光譜只能設(shè)定的該譜段附近，不能根據(jù)實(shí)際需要選取譜段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于以上問(wèn)題的存在，本發(fā)明的目的是提供一種階躍式濾光片，這種階躍式濾光譜應(yīng)用在超光譜系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)光譜譜段的階躍變化、光譜譜段能夠依據(jù)需要進(jìn)行選擇，以及能提高系統(tǒng)的等效讀出幀頻題。

本發(fā)明提出一種新的分光方式－階越濾光片，幾何結(jié)構(gòu)如附圖1同一波段結(jié)構(gòu)圖和附圖2不同波段的拼接圖所示。這種微型化的濾光片，通過(guò)濾光片的光譜波段階躍變化，幾何上每個(gè)譜段對(duì)應(yīng)m個(gè)成像掃描行(與探測(cè)器對(duì)應(yīng)，本系統(tǒng)m＝5)，在此譜段內(nèi)每個(gè)成像掃描行濾光片處透過(guò)相同的光譜波段，m個(gè)成像掃描行的一端邊界有一個(gè)成像掃描行寬度的過(guò)度帶，過(guò)渡帶不透光。

所述的階躍濾光片幾何上有L個(gè)寬波段，L為正整數(shù)；每個(gè)寬波段內(nèi)有n個(gè)譜段，n為正整數(shù)，每個(gè)寬波段內(nèi)的n值可以不同；n個(gè)譜段透過(guò)光譜階躍變化，并且相鄰兩個(gè)光譜譜段間隔也可以依據(jù)需要進(jìn)行選擇；n個(gè)譜段中的每一個(gè)譜段對(duì)應(yīng)m個(gè)成像掃描行，m為正整數(shù)，在此m個(gè)成像掃描行內(nèi)，透過(guò)光譜相同，也就是說(shuō)在這m個(gè)掃描成像行內(nèi)，具有相同光譜透過(guò)曲線。

所說(shuō)濾光片依據(jù)系統(tǒng)光譜設(shè)計(jì)要求和濾光片制作的可行性，整個(gè)濾光片可以由單個(gè)或多個(gè)寬波段范圍的濾光片拼接構(gòu)成。每個(gè)寬光譜波段范圍的濾光片，其單個(gè)波段的譜段寬度單調(diào)變化，幾何尺寸相同。但構(gòu)成整個(gè)濾光片的各個(gè)寬波段的濾光片，其光譜通道數(shù)和光譜寬度可以不同，依據(jù)實(shí)際需要靈活設(shè)計(jì)。兩個(gè)不同波段濾光片的拼接處有一個(gè)拼接帶，拼接帶寬度為m(m＝5)個(gè)成像掃描行。經(jīng)過(guò)多個(gè)濾光片片拼接而成的濾光片就構(gòu)成一個(gè)完整的階躍濾光片。這樣所有的單個(gè)光譜波段和拼接帶幾何上都對(duì)應(yīng)m個(gè)掃描成像行，方便整個(gè)階躍濾光片制作、像移補(bǔ)償?shù)膶?shí)施和數(shù)據(jù)的幾何及光譜重構(gòu)。

所說(shuō)的階躍濾光片，對(duì)于具有m個(gè)成像掃描行相同光譜超光譜成像儀，通過(guò)像移補(bǔ)償成像，就可以將超光譜儀器的系統(tǒng)等效讀出幀頻提高m-1倍，相應(yīng)的也等效于將焦平面探測(cè)器的讀出速率降低m-1倍，其本質(zhì)是利用系統(tǒng)空間的余量換取時(shí)間的不足。并且階躍濾光片的譜段數(shù)目和光譜寬度可以依據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行自由選取。

所說(shuō)階躍濾光片光譜分光原理為：由光學(xué)多層光學(xué)薄膜組成的光譜反射帶和一個(gè)光學(xué)間隔層形成一個(gè)完整的F-P濾光片。反射帶的膜層決定了光譜覆蓋范圍和通帶的寬窄、透過(guò)率等光學(xué)指標(biāo)，而通帶的光譜位置(即中心波長(zhǎng)λ0)由光學(xué)間隔層決定。通過(guò)改變間隔層的光學(xué)厚度，就可以改變?yōu)V光片的光譜通帶位置，同時(shí)對(duì)帶寬等光譜指標(biāo)影響不大。

所說(shuō)的階躍濾光片的制作方法，可以采用光學(xué)刻蝕加鍍膜的方法完成。利用半導(dǎo)體工藝，結(jié)合離子束刻蝕技術(shù)，在間隔層上形成64個(gè)(或2ⁿ個(gè))臺(tái)階。每個(gè)臺(tái)階對(duì)應(yīng)不同的幾何厚度，通常情況下膜層的光學(xué)折射率不變，也就對(duì)應(yīng)不同的光學(xué)厚度。每個(gè)臺(tái)階對(duì)應(yīng)的幾何區(qū)域也就形成一個(gè)微型的單元濾光片。在同一塊基片上，可以形成64個(gè)(或2ⁿ個(gè))單獨(dú)光譜通道的微型集成濾光片。

由于通帶以后還會(huì)出現(xiàn)次峰，需用截次峰膜系將其抑制。截次峰膜系鍍?cè)跒V光片基片相對(duì)于F-P多層膜的另一面上，一般由20-30層膜組成，其光譜與主峰(通帶)光譜配合。針對(duì)四個(gè)波段的帶外抑制，需分別鍍上相應(yīng)的截次峰多層膜系來(lái)抑制帶外相應(yīng)。

做好各個(gè)大波段的濾光片后，利用精細(xì)的拼接技術(shù)，將四個(gè)濾光片按照要求拼接起來(lái)，就構(gòu)成符合要求的整體階躍濾光片。

本發(fā)明有如下有益效果：

1.本發(fā)明的所提出的光譜分離方法可以實(shí)現(xiàn)放光光譜的階躍變化，光譜分離純度比較高。

2.本發(fā)明的階躍濾光片可以依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，在一個(gè)濾光片上實(shí)現(xiàn)多個(gè)譜段范圍的光譜細(xì)分。

3.本發(fā)明的階躍濾光片結(jié)合像移補(bǔ)償系統(tǒng)的超光譜成像儀，可以提高系統(tǒng)的等效讀出幀頻m-1倍。

附圖說(shuō)明

圖1是同一寬波段內(nèi)部光譜透過(guò)和過(guò)渡帶結(jié)構(gòu)圖；

圖2是不同寬波段濾光片的拼接結(jié)構(gòu)圖；

圖3是超光譜成像系統(tǒng)空間像移補(bǔ)償原理圖。

具體實(shí)施方式

依據(jù)以上設(shè)思想，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理所的相關(guān)人員設(shè)計(jì)了短波紅外階躍濾光片，整個(gè)濾光片分為四個(gè)寬光譜波段，每個(gè)光譜波段具有不同的光譜通道數(shù)和光譜寬度，但每個(gè)光譜通道具有相同的幾何尺寸，其主要性能指標(biāo)和中心波長(zhǎng)如下表1和表2：

表1階躍濾光片性能參數(shù)表

表2階躍濾光片波段劃分及中心波長(zhǎng)表

依據(jù)以上設(shè)計(jì)指標(biāo)，利用發(fā)明內(nèi)容中所說(shuō)的刻蝕及鍍膜工藝，就可以制作出相應(yīng)的階躍濾光片。