中阶梯光栅光谱仪谱图快速还原与精确标定方法研究

中阶梯光栅光谱仪采用中阶梯光栅与棱镜交叉色散的结构形式，并以面阵探测器作为接收器件，可以使小体积、高分辨率、全谱瞬态直读等优势集于一体，它代表了先进光谱仪器的发展方向之一。中阶梯光栅光谱仪在像面成二维重叠光谱，分辨率可达几万到几十万，其光谱数据量庞大，所以阶梯谱图的快速还原与波长精确标定是保证仪器高分辨率、全谱瞬态直读的关键。目前，虽然美国、德国、日本等少数国家正在对中阶梯光栅光谱仪进行研究，但是对于其二维光谱信息处理技术尚存在大量问题有待解决，致使仅存的几台高分辨率中阶梯光栅光谱仪的应用仅局限于地基式天文观测领域。2008年，本课题组研制成功中国第一台中阶梯光栅光谱仪，并对二维光谱信息处理方法进行了初步探索。在此基础上，采用新的数值计算方法与实验方法，快速构建二维重叠光谱与波长的精确关系以及特征光谱与系统结构的关系，实现二维重叠光谱的快速还原与精确标定，并提高仪器对环境的适应性。

中阶梯光栅光谱仪由于利用了中阶梯光栅大衍射角、高衍射级次、全波闪耀的特性，所以与传统光栅光谱仪相比，具有高色散、高分辨率、宽波段、高能量输出的特点。中阶梯光栅光谱仪已成为天文观测、环境监测、军事防御、化学分析等领域关注的热点。由于中阶梯光栅光谱仪分辨率高，光谱数据庞大，因此其谱图还原的速度和波长标定的精度是保证仪器分辨率、全谱瞬态直读的关键。针对谱图快速还原与波长精确标定展开了研究，开发了快速谱图还原算法、高精度波长标定算法并编写了相应系统软件，使中阶梯光栅光谱仪样机数据处理速度优于3s，波长标定精度优于0.02nm。这些研究成果为今后国内对于中阶梯光栅光谱仪谱图处理具有一定的借鉴作用。