研究人員開發(fā)出一種新的成像光譜儀，它比最先進的儀器輕得多，體積更小，同時保持了同樣的高性能。由于其體積小、模塊化設計，新儀器將為機載車輛甚至行星探測任務帶來這種先進的分析技術。

成像光譜儀記錄一系列單色圖像，用于對某一區(qū)域進行空間和光譜分析。該分析方法在大氣科學、生態(tài)學、地質(zhì)、農(nóng)林等領域得到了廣泛的應用。然而，由于儀器的體積大，使得它無法在某些應用中使用。

如上圖所示，研究人員開發(fā)了一種緊湊的成像光譜儀，使用折反射透鏡，將反射和折射元素組合成一個組件。他們還使用了一種特殊的平面浸沒反射光柵，在保持相同分辨率的同時，比傳統(tǒng)光柵占用更少的空間。

在光學學會（OSA）雜志《應用光學Applied Optics》上，麻省理工學院林肯實驗室的RonaldB.Lockwood領導的研究人員描述了他們的新型CHRIP緊湊型VNIR/SWIR成像光譜儀（CCVIS）。它的體積比現(xiàn)在的大多數(shù)設備小10倍或更多。一種CCVIS的直徑為8.3厘米，長7厘米，大約是蘇打罐的大小。

光譜儀設計用于記錄波長為400到2500納米的光譜圖像。這包括光譜的可見光和近紅外（VNIR）以及短波近紅外（SWIR）部分。

Lockwood說：“我們的小型儀器有助于成像光譜學在各種科學和商業(yè)問題上的應用，例如部署在小型衛(wèi)星上進行行星探測，或?qū)�無人駕駛航空系統(tǒng)用于農(nóng)業(yè)目的。我們相信，我們的新光譜儀也可以用于研究氣候變化，這是成像光譜儀最令人興奮的應用之一。”

制作更小的光譜儀

今天大多數(shù)的成像光譜儀使用的是Offner-Chrisp光學結(jié)構(gòu)，因為它能很好地控制被稱為像差的光學誤差。然而，這種設計需要一個相對較大的光學裝置。研究人員開發(fā)的新型CCVIS的性能與Offner-Chrisp配置非常相似，但采用了新的光學元件，使設計更加緊湊。

為了制造新的CCVIS，研究人員使用了一種折反射透鏡，它將反射和折射元素組合成一個組件。這創(chuàng)造了一個更緊湊的儀器，同時仍然控制光學像差。研究人員還使用了一種特殊的平面反射光柵，它浸沒在折射介質(zhì)中而不是空氣中。這種光柵在保持相同分辨率的同時，比傳統(tǒng)光柵占用的空間更小。

易于制造

Lockwood說：“CCVIS使用的是平面光柵，而不是凹面或凸面光柵，后者需要復雜的電子束光刻或金剛石加工技術制造。我們開發(fā)了一種灰度光刻微加工方法，使用一次性曝光制作光柵，不需要勞動密集型電子束處理。”

為了測試他們的新設計，研究人員在實驗室里演示了分光計。他們的實驗證實了CCVIS在整個視野范圍內(nèi)具有預期的性能。

Lockwood說：“CCVIS緊湊的尺寸意味著它可以制成模塊，可以堆疊起來以增加視野。它還使得在沒有溫度變化的情況下保持穩(wěn)定相對容易，因此光學對準和光譜性能保持不變�！�

作為向太空演示的最終目標邁進的一步，研究人員正在尋求資金開發(fā)一個完整的原型，該原型可以在空中飛行器上進行進一步的測試。

原文鏈接：https://phys.org/news/2020-11-imaging-spectrometer-compromising.html