提出了一种棱镜型空间外差光谱技术设计方案。该技术将传统空间外差光谱仪中的衍射光栅替换为色散棱镜和平面反射镜,分析系统轴上光路,给出了元件参数之间的匹配关系。利用仿真软件对干涉图进行理论仿真,并分析了色散棱镜的折射率和顶角角度对光谱分辨率的影响。设计并搭建了棱镜型空间外差光谱技术验证平台,采用635 nm和650 nm波长的光源初步验证了实验平台的可行性。实验结果表明:在色散棱镜采用BK7玻璃(650 nm波长下折射率为1.51452)和顶角角度设置为30°的条件下,得到的光谱分辨率为1.07 nm,通过仿真计算可以得到光线的能量利用率为94.43%。实验结果与理论仿真基本一致,验证了设计方法的可行性与科学性,为空间外差光谱技术的研究提供了一个新思路。另外,通过选用更高折射率的色散棱镜和增大顶角角度等手段,还可以进一步提高光谱分辨率。

设计了离轴全球面成像光谱仪和离轴校正透镜棱镜分光成像光谱仪两种光学系统.在离轴全球面成像光谱仪的基础上，提出了改进型离轴校正透镜光谱仪，仅采用一个色散棱镜，避免了大口径同心透镜；有效校正了大视场像差，色散非线性修正效果显著.通过调节离轴角和光谱仪的焦距控制了畸变，补偿了与波长相关的狭缝弯曲，减小了残余像差，并降低了整个光谱仪工程实施的难度.从工程合理性、加工可实现性和光学性能等方面比较了两个系统的特点，推导和给出了光谱分辨率和狭缝弯曲的计算结果.从设计结果看，改进型离轴校正透镜光谱仪的传递函数最小值大于75％，而离轴全球面成像光谱仪的最小值只大于60％.从加工难易程度看，离轴全球面成像光谱仪采用一个接近Φ200 mm的石英透镜，其透射材料远不如改进型离轴校正透镜光谱仪透镜材料的均匀性和面形准确度高，而且大口径透镜大大增加了制备难度和成本.从工程布局看，改进型离轴校正透镜光谱仪充分考虑了与机械结构的匹配，狭缝与第一面反射镜的轴向距离较合理.从光谱特性看，两个光学系统的光谱分辨率结果基本接近，离轴全球面成像光谱仪光谱弯曲结果略好于离轴校正透镜结构.因此，综合比较得出离轴校正透镜光谱仪是最佳的选择方案，该系统可应用在短波红外波段的光谱成像的遥感探测.