一种PGP分光元件及光谱成像系统

本申请涉及光学成像，特别涉及一种pgp分光元件及光谱成像系统。

背景技术：

1、成像光谱仪可以同时获得二维空间信息和一维光谱信息，再地址分析、矿物勘探、地面测绘、军事检测、医疗器械、自然灾害预警等诸多方面有着重要的应用。其中分光原件作为成像光谱仪的核心部件，常见类型有色散型、干涉型、滤光片型以及快照式。在色散型分光元件中，光栅分光不仅存在谱线弯曲现象，而且在宽谱段中存在级次重叠；棱镜虽然没有级次重叠，但是同样存在谱线弯曲，这对于像元配准和光谱定标都是比较复杂的。

2、其中，棱镜-光栅-棱镜(prism-grating-prism，pgp)分光器件就是在结合了棱镜和光栅各自的特点的基础之上发展起来的。pgp元件结合了光栅和棱镜在单独作为分光元件时色散方向一致性和谱线弯曲的相反特性，在中心波长处可以实现光谱直进直出，两者光谱线的相反弯曲可以相互得到补偿。当前，pgp分光元件中间光栅通常采用体全息布拉格衍射光栅，该类光栅表面为平面，可以和玻璃棱镜很好地胶合，从而达到分光的目的。

3、当前pgp分光器件中光栅采用体全息光栅，其刻划线数能做的非常高，普遍为150g/mm到3600g/mm之间，当特殊运用可以做到6000g/mm甚至更高，但是却不能做得很低刻线，因此体全息光栅光谱范围比较适用于紫外可见近红外范围，大于1200nm基本不使用。同时，体全息光栅生产成本较高，生产效率较低。

技术实现思路

1、鉴于此，有必要针对当前的pgp分光器件光谱范围窄且生产成高本的问题提供一种在提高光谱范围的同时降低生产成本的pgp分光器件及包括pgp分光器件的光谱成像系统。

2、为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

3、本申请目的之一，提供了一种pgp分光元件，所述pgp分光元件(4)包括第一棱镜(41)及第二棱镜(42)，所述第一棱镜(41)的后表面设置有浮雕光栅(43)，所述平行光入射进入所述第一棱镜(41)并经所述第一棱镜(41)色散后形成不同波长、不相等的角度的光束并入射到所述浮雕光栅(43)，通过所述浮雕光栅(43)后的光束再经所述第二棱镜(42)色散，经所述第二棱镜(42)色散的光束其中心波长不会发生偏折并沿光轴方向平行出射，按照不同的波段在空间分开。

4、本申请目的之二，还提供了一种光谱成像系统，包括：望远镜组(1)、狭缝(2)、准直镜组(3)、pgp分光元件(4)、成像镜组(5)及探测器(6)；

5、探测目标表面散射光线经过所述望远镜组(1)将物方景像成像到所述狭缝(2)处，来自所述狭缝(2)的光束经所述准直镜组(3)形成平行光，所述平行光经所述pgp分光元件(4)后形成不同波段的光束，所述不同波段的光束经所述成像镜组(5)成像到所述探测器(6)处；其中：

6、所述pgp分光元件(4)包括第一棱镜(41)及第二棱镜(42)，所述第一棱镜(41)的后表面设置有浮雕光栅(43)，所述平行光入射进入所述第一棱镜(41)并经所述第一棱镜(41)色散后形成不同波长、不相等的角度的光束并入射到所述浮雕光栅(43)，通过所述浮雕光栅(43)后的光束再经所述第二棱镜(42)色散，经所述第二棱镜(42)色散的光束其中心波长不会发生偏折并沿光轴方向平行出射，按照不同的波段在空间分开。在其中一些实施例中，所述望远镜组(1)、所述狭缝(2)、所述准直镜组(3)、所述pgp分光元件(4)及所述成像镜组(5)的光轴处于同一水平线。

7、在其中一些实施例中，所述狭缝(2)位于准直系统的物方焦面上。

8、在其中一些实施例中，所述浮雕光栅(43)采用原刻光栅刻划于所述第一棱镜(41)的后表面。

9、在其中一些实施例中，所述浮雕光栅(43)最低刻线密度为70线对。

10、本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：

11、本申请提供的pgp分光元件，包括第一棱镜(41)及第二棱镜(42)，所述第一棱镜(41)的后表面设置有浮雕光栅(43)，所述平行光入射进入所述第一棱镜(41)并经所述第一棱镜(41)色散后形成不同波长、不相等的角度的光束并入射到所述浮雕光栅(43)，通过所述浮雕光栅(43)后的光束再经所述第二棱镜(42)色散，经所述第二棱镜(42)色散的光束其中心波长不会发生偏折并沿光轴方向平行出射，按照不同的波段在空间分开。本申请提供的pgp分光元件，采用表面浮雕光栅，可以用原刻光栅进行复制达到量产的效果，生产成本较低；相比体全息光栅本申请提供的pgp分光元件衍射效率更高。

12、本申请还提供了一种包括上述pgp分光元件的光谱成像系统，该光谱成像系统可适应中长波红外光谱成像，其表面浮雕光栅理论最低刻线密度能做到70线对，可使用光谱范围更宽。

技术特征：

1.一种pgp分光元件，其特征在于，所述pgp分光元件(4)包括第一棱镜(41)及第二棱镜(42)，所述第一棱镜(41)的后表面设置有浮雕光栅(43)，平行光入射进入所述第一棱镜(41)并经所述第一棱镜(41)色散后形成不同波长、不相等的角度的光束并入射到所述浮雕光栅(43)，通过所述浮雕光栅(43)后的光束再经所述第二棱镜(42)色散，经所述第二棱镜(42)色散的光束其中心波长不会发生偏折并沿光轴方向平行出射，按照不同的波段在空间分开。

2.一种光谱成像系统，其特征在于，包括：望远镜组(1)、狭缝(2)、准直镜组(3)、pgp分光元件(4)、成像镜组(5)及探测器(6)；

3.如权利要求2所述的光谱成像系统，其特征在于，所述望远镜组(1)、所述狭缝(2)、所述准直镜组(3)、所述pgp分光元件(4)及所述成像镜组(5)的光轴处于同一水平线。

4.如权利要求2所述的光谱成像系统，其特征在于，所述狭缝(2)位于准直系统的物方焦面上。

5.如权利要求2所述的光谱成像系统，其特征在于，所述浮雕光栅(43)采用原刻光栅刻划于所述第一棱镜(41)的后表面。

6.如权利要求5所述的光谱成像系统，其特征在于，所述浮雕光栅(43)最低刻线密度为70线对。

技术总结本申请提供的PGP分光元件，包括第一棱镜(41)及第二棱镜(42)，所述第一棱镜(41)的后表面设置有浮雕光栅(43)，所述平行光入射进入所述第一棱镜(41)并经所述第一棱镜(41)色散后形成不同波长、不相等的角度的光束并入射到所述浮雕光栅(43)，通过所述浮雕光栅(43)后的光束再经所述第二棱镜(42)色散，经所述第二棱镜(42)色散的光束其中心波长不会发生偏折并沿光轴方向平行出射，按照不同的波段在空间分开，本申请提供的PGP分光元件，采用表面浮雕光栅，可以用原刻光栅进行复制达到量产的效果，生产成本较低；相比体全息光栅本申请提供的PGP分光元件衍射效率更高。另外，本申请还提供了包括PGP分光元件的光谱成像系统。技术研发人员：张子辉,林冠宇,李博,王晓旭,杨小虎,吴文硕受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/10/10