为解决棱镜分光式光谱成像系统存在的直视性差、分光线性度低、固有谱线弯曲较大的问题, 提出了基于双阿米西棱镜的光谱成像系统。通过矢量折射定律, 运用MATLAB编程实现棱镜谱线弯曲的精确计算, 并进行了仿真验证。在研究双阿米西棱镜谱线弯曲特性的基础上, 搭建直视型消谱线弯曲双阿米西棱镜作为分光元件, 设计得到的光谱成像系统工作波段为400~800nm, 全波段光谱分辨率高于7nm。在中心波长600nm处, 中心视场主光线经双阿米西棱镜后的出射光线与光轴夹角小于0.31 °, 全波段谱线弯曲最大值小于2.557μm。系统满足直视性和消谱线弯曲的要求, 方法对消谱线弯曲棱镜光谱成像系统的设计具有普适性的指导意义。

偏振成像光谱技术可以获取目标景物的七维空间信息,其获取丰富数据信息的能力使它的应用越来越广泛。基于双Amici棱镜对多狭缝偏振成像光谱仪的光学系统进行设计,采用双Amici棱镜作为系统的分光元件提供宽视场平行光束色散,以满足多狭缝的需求;宽视场的多狭缝结构是基于常规狭缝式成像光谱仪结构进行优化的。本系统中宽视场的多狭缝光谱仪结构须做好与前置望远物镜的光瞳衔接。成像系统和偏振光谱仪系统均采用远心结构,以便与光瞳匹配,系统总长度为279 mm,系统光路共轴,结构紧凑;通过调制传递函数(MTF)和点列图对光学系统的像质进行评价。结果表明:全系统在各视场典型波长处的MTF均接近衍射极限,MTF在39 lp/mm处超过了0.75;各典型波长处的点列图均在艾里斑内,接近完美成像;3条狭缝对应3个不同的偏振态,可通过推扫获取目标景物的偏振信息、空间信息和光谱信息。

双Amici棱镜为复合棱镜结构，作为成像光谱系统中的分光元件，避免了单棱镜色散结构存在的多种问题。双Amici棱镜的加工生产要对其各个角度提出生产指标，而角度误差对于光谱成像系统的色散性是有影响的。针对一种编码孔径成像光谱仪，设计了符合性能指标要求的双Amici棱镜，并从光线追迹的角度出发，计算得到双Amici棱镜色散的数学模型。针对给出的一特定光学系统中的棱镜结构推导了棱镜各个角度单独对线色散的影响，并分析给出各个角度构成的误差链对线色散的综合影响，最终给出了棱镜的生产指标。分析结果有助于指导系统中该棱镜的加工生产。