1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对平面光栅和棱镜成像光谱仪难以校正谱线弯曲的问题，提出了利用棱镜光栅（P-G）组合分光元件并结合系统物镜畸变校正谱线弯曲的方法。分别计算了棱镜和光栅产生的谱线弯曲以及P-G组合元件产生的光谱弯曲，分析了棱镜和光栅的谱线弯曲特性，并基于此设计了P-G组合分光元件和消谱线弯曲成像光谱仪结构。通过优化设计得到光学系统的光谱分辨率高于2 nm，点列图均方根(RMS)半径小于8 μm，系统谱线弯曲和光谱弯曲小于2 μm。证明了P-G组合元件结合系统物镜畸变可补偿校正整个工作波段的谱线弯曲和光谱弯曲。最后的设计结果表明，基于P-G分光元件的成像光谱仪系统在满足像质要求的前提下，谱线弯曲小于1/4像元尺寸，满足使用要求。
光学设计 成像光谱仪 棱镜光栅 谱线弯曲 体全息相位光栅
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 空间光学部，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院， 北京 100039
为实现成像光谱仪系统的直视性和小型化特点，设计一种棱镜-光栅-棱镜(PGP)结合式元件，作为分光系统的成像光谱仪光学系统装置。系统主要包括PGP分光原件、准直系统、成像系统和接收系统。光栅采用体全息相位光栅，可以获得很高的衍射效率，准直和成像镜采用对称式结构，可以有效地消垂轴像差。根据实际指标探测器像元尺寸为20 μm×20 μm，像元数为512×512，采用双像元合并方法，光谱通道数为148个，狭缝大小为10.2 mm×10.2 mm，波段在400 nm~800 nm，物方数值孔径为0.15。分析了PGP光谱成像系统的原理、特点，对参数关系和体全息相位型光栅的衍射效率进行了详细的讨论。分析结果表明：PGP元件在整个光谱范围内理论衍射效率大于0.6，采用ZEMAX软件进行优化设计，得到系统的平均光谱分辨率优于3 nm，在截止频率处平均传递数大于0.7，系统总长90 mm。
体全息相位光栅 成像光谱仪 衍射效率 光学设计 PGP PGP volume hologram bragg diffraction grating imaging spectrometer diffraction efficiency optical design
设计了一种基于棱镜-光栅-棱镜(Prism-Grating-Prism,PGP)分光器件的新型成像光谱仪.论述了此成像光谱仪的工作原理和结构形式, 包括PGP、准直物镜和成像物镜的设计要求.PGP元件中采用体积相位全息透射光栅, 可以获得高的衍射效率, 并且能与棱镜较好地胶合.给出了此成像光谱仪的设计结果, 其光谱范围为400～800 nm, 像元光谱分辨率约1.6 nm, 系统长度为85 mm.
棱镜-光栅-棱镜 成像光谱仪 体全息相位光栅 光学设计 Prism-Grating-Prism Imaging spectrometer Holographic volume grating Optical design
