星载电离层成像光谱仪光学系统设计：高分辨率与超环面光栅应用

"该文研究了用于电离层探测的单光栅高分辨率成像光谱仪光学系统，设计了一种适用于120~180 nm波段的星载探测设备。通过采用离轴抛物镜作为物镜和超环面光栅作为成像光谱系统的组合，解决了传统单光栅结构的像差校正问题，提高了空间分辨率。通过Matlab计算初始结构，并使用Zemax进行优化设计，最终得到F数为6.8，焦距为102.3 mm的系统，具有高光谱分辨率（0.56 nm）和良好的空间分辨率。全系统的像差校正效果显著，满足设计指标要求。" 本文详细探讨了星载电离层成像光谱仪的光学系统设计，旨在提升我国在该领域的研究水平。针对电离层探测的特殊需求，设计团队考虑了探测目标的特点，借鉴了国外方案，采用离轴抛物镜作为物镜，以改善传统设计中的不足，如像差校正不均匀和低空间分辨率。超环面光栅的引入为实现全波段像差校正提供了新的途径。通过理论分析光栅表面方程和光程函数方程，研究人员找到了处理全波段像差的方法。 在实际设计过程中，科研人员利用Matlab编程计算了初始的光学结构，然后运用专业的光学设计软件Zemax进行优化。经过精心设计和优化，最终实现了F数为6.8，焦距为102.3毫米的光学系统。这个系统具有较高的空间分辨率和光谱分辨率，调制传递函数值在整个视场和波段内都保持在0.7以上，光谱分辨率达到了0.56纳米，完全满足预设的设计指标。 这一设计方法和结果证明了其在电离层探测领域的可行性，为未来的星载电离层观测提供了技术支持。同时，这也展示了如何通过创新的光学设计和先进的计算工具来解决复杂光学系统的问题，对提高我国在光学仪器设计和电离层探测技术方面的能力具有重要意义。