一種用于超光譜成像系統(tǒng)的階越濾光片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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，它適用于紅外遙感儀器或軍事偵察的儀器中
【背景技術(shù)】
[0002] 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、信號處理電路等構(gòu)成 的超光譜或高光譜光電儀器是對地觀測、軍事偵察等衛(wèi)星的重要載荷。這些載荷通過光學(xué) 系統(tǒng)獲取目標(biāo)的全波段輻射信息，通過分光器件分離目標(biāo)的光譜波段，以獲取目標(biāo)的光譜 信息，分光器件的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)。
[0003] 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。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器有很高的讀出幀頻，數(shù)據(jù)量會(huì)非常大，會(huì)對后續(xù)數(shù)據(jù)處 理及傳輸帶來極大的壓力，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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于以上問題的存在，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)行設(shè) 置，以及能提高系統(tǒng)的等效讀出幀頻問題。
[0005] 本發(fā)明提出一種新的分光方式一階越濾光片，幾何結(jié)構(gòu)如附圖1同一波段結(jié)構(gòu)圖 和附圖2不通波段的拼接圖所示。這種微型化的濾光片，通過濾光片的光譜波段階躍變化， 幾何上每個(gè)譜段對應(yīng)m個(gè)掃描行，在此譜段內(nèi)每個(gè)掃描行濾光片處透過相同的光譜波段，m 個(gè)掃描行的一端邊界有一個(gè)掃描行寬度的過度帶，過渡帶不透光。
[0006] 所說濾光片依據(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 段寬度等間隔單調(diào)變化，幾何尺寸相同。但構(gòu)成整個(gè)濾光片的各個(gè)寬譜段的濾光片，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)不同濾光片的拼接處有一個(gè)拼 接帶，拼接帶的寬度m個(gè)掃描行。經(jīng)過多個(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應(yīng)m個(gè)掃描行，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)。
[0007] 所說的階躍濾光片，對于具有m個(gè)掃描行相同光譜超光譜成像儀，通過像移補(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-Ι倍，相應(yīng)的也等效于將焦平面探測器 的讀出速率降低m-Ι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。
[0008] 所說階躍濾光片的光譜分光原理為：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、透過率等光學(xué)指標(biāo)，而通帶的光譜位置(即中心波長λ〇)由光學(xué)間隔層決定。通過改變間 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)對帶寬等光譜指標(biāo)影響不大。
[0009] 所說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2"個(gè))臺(tái)階。每個(gè)臺(tái)階對應(yīng)不同的幾 何厚度，通常情況下膜層的光學(xué)折射率不變，也就對應(yīng)不同的光學(xué)厚度。每個(gè)臺(tái)階對應(yīng)的幾 何區(qū)域也就形成一個(gè)微型的單元濾光片。在同一炔基片上，可以形成64個(gè)(或2"個(gè))單獨(dú)光 譜通道的微型集成濾光片。
[0010] 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。截次峰膜系鍍在濾光片 基片相對于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抑制帶外相應(yīng)。
[0011] 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，就構(gòu)成符合要求的整體階躍濾光片。
[0012] 本發(fā)明有如下有益效果：
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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-Ι倍。
【附圖說明】
[0016] 圖1同一波段結(jié)構(gòu)圖。
[0017]
[0018]
[0019] 圖2不通波段的拼接圖。
[0020]
[0021]
【具體實(shí)施方式】
[0022] 依據(jù)以上設(shè)思想，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理所的相關(guān)人員設(shè)計(jì)了短波紅外的階躍 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)和中心波長如下表1和表2:
[0023] 表1階躍濾光片性能參數(shù)表
[0024]
[0025] 表2階躍濾光片波段劃分及中心波長表
[0026]
[0027]
[0028]依據(jù)以上設(shè)計(jì)指標(biāo)，利用
【發(fā)明內(nèi)容】
中所說的刻蝕及鍍膜工藝，就可以制作出相應(yīng) 的階躍濾光片。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于超光譜成像系統(tǒng)的階越濾光片，其特征在于： 所述的濾光片的光譜波段階躍變化，幾何上每個(gè)波段對應(yīng)m個(gè)掃描行，在此波段內(nèi)每個(gè) 掃描行濾光片處透過相同的光譜波段，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 濾光片可以由單個(gè)或多個(gè)寬波段范圍的濾光片構(gòu)成，每個(gè)寬光譜波段范圍濾光片，其譜段 寬度等間隔單調(diào)變化，幾何尺寸相同，但構(gòu)成整個(gè)濾光片的各個(gè)寬譜段的濾光片，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)置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超光譜成像系統(tǒng)的階越濾光片，其特征在于:所述的 階越濾光片使連續(xù)自然光光譜分為不連續(xù)的階越光譜，并且每個(gè)光譜波段對應(yīng)m個(gè)掃描行， 通過和像移補(bǔ)償系統(tǒng)的聯(lián)合使用就可以將超光譜儀器的系統(tǒng)等效讀出幀頻提高m-Ι倍，相 應(yīng)的也等效于將焦平面探測器的讀出速率降低m-Ι倍。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于超光譜成像系統(tǒng)的階越濾光片。傳統(tǒng)的分光方式是光譜連續(xù)的，光譜譜段的選擇是和整個(gè)的光譜譜段聯(lián)系起來的，系統(tǒng)的幀頻極大的受限與探測器的讀出幀頻。采樣階躍濾光片分光，濾光譜通過的光譜波段階躍變化，幾何上同一光譜波段對應(yīng)m個(gè)掃描行，此m個(gè)掃描行具有相同光譜波段特性。光譜譜段的選擇能夠根據(jù)實(shí)際需要靈活的選?。患僭O(shè)m個(gè)掃描行對應(yīng)一個(gè)光譜波段，則系統(tǒng)的等效幀頻會(huì)提高m-1倍，成像系統(tǒng)對焦平面探測器讀出幀頻的要求降低m-1倍。本發(fā)明可以應(yīng)用到高光譜系統(tǒng)對系統(tǒng)等效讀出幀頻要求很高，或者對系統(tǒng)光譜譜段需求較多，光譜譜段設(shè)計(jì)復(fù)雜的系統(tǒng)中。
【IPC分類】G02B5/28
【公開號】CN105511005
【申請?zhí)枴緾N201510864345
【發(fā)明人】陳小文, 李春來, 王建宇
【申請人】中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月1日