Offner与Dyson长波红外光谱仪性能比较：信噪比与小型化优势

本文主要探讨了Offner型和Dyson型长波红外成像光谱仪在特定技术参数下的性能对比。在面对传统长波红外成像光谱仪在弱遥感信号环境下追求高信噪比和小型化设计的挑战时，研究者在数值孔径NA为0.19和0.33，工作波段为8~12微米的范围内，对这两种具有同心结构的光学系统进行了深入设计和分析。 Offner型光谱仪采用凸面光栅设计，当NA1=0.19时，它能够实现理想成像，但其尺寸相对较大，为245毫米×213毫米×111毫米。其调制传递函数(MTF)超过0.38，光谱分辨率约为35纳米，且谱线弯曲小于4.8%，色畸变控制在12.8%以内。然而，随着NA值增大到0.33，Offner结构的成像效果开始下滑，无法满足高精度要求。 相比之下，Dyson型光谱仪采用凹面光栅，即便在NA1=0.19的情况下也能提供优秀的图像质量，其尺寸显著减小至308毫米×61毫米×49毫米。MTF值超过0.48，光谱分辨率提升到了12纳米，谱线弯曲低至0.047%，色畸变也更小，仅为0.138%。当NA2=0.33时，Dyson结构仍保持良好的成像性能，尺寸为317毫米×88毫米×88毫米，MTF大于0.71，光谱分辨率甚至进一步提高到1纳米，谱线弯曲和色畸变分别低于0.015%和0.028%。 总体来看，Dyson型光谱仪在长波红外波段表现出明显的优势，其数值孔径较大，体积更紧凑，光谱分辨率和调制传递函数更高，而且谱线弯曲和色畸变控制得更好。这表明在追求高信噪比和小型化设计的现代需求下，Dyson型设计可能更适合于长波红外成像光谱仪的应用。该研究对于改进长波红外成像技术，提升遥感信号处理的精确性和设备便携性具有重要的理论和实践意义。