宽光谱棱镜太阳光谱仪设计：长周期大气层外太阳辐射监测利器

本文主要探讨了宽光谱棱镜型太阳光谱仪的设计，其目标是为了实现对大气层外太阳光谱辐照度(SSI)变化的长期、常规监测。这种创新的星载光谱仪采用单片折反式曲面棱镜作为核心元件，它能够将太阳光谱从250纳米到2500纳米的广泛波段进行高效分光。通过设计巧妙地利用棱镜的转动，实现了谱平面上多个探测器的同步扫描，这样可以在一个单一设备上获取宽广的光谱数据。 文章的重点在于光学设计和仿真技术的应用。作者运用了Huygens子波点扩展函数(PSF)来模拟光谱仪的光谱响应函数(SRF)和光谱分辨率。经过精确计算，光谱仪在±2.5°的扫描转角下，全谱段的子午像差控制在非常小的8微米以内，确保了测量的精度。光谱分辨率根据不同波段表现出不同的特性：在紫外区（250~400nm）为0.7~3.5nm，可见/近红外区（400~1000nm）为3.5~35.0nm，而在短波红外区（1000~2500nm）内则为28.5~41.2nm。这样的分辨率足以捕捉太阳光谱的细微变化，对于科研和环境监测具有重要意义。 整个系统设计紧凑，结构简单，使得仪器易于集成到卫星等航天器上，且其性能稳定可靠，确保了长时间的稳定运行。此外，该光谱仪的分光和像差校正能力经过精心优化，完全满足了大气层外太阳光谱辐照度长期监测的需求，这对于气候变化研究、空间天气预测等领域具有实际应用价值。 本文关键词涵盖了光谱学、棱镜光谱仪、光学设计与仿真以及太阳光谱辐照度等多个关键领域，为读者提供了深入理解这类高性能光谱测量设备的技术细节和性能指标。通过阅读这篇文章，专业人士可以了解如何在有限的空间和资源条件下，设计出能满足特定科学任务的先进太阳光谱测量设备。