研究人員開發(fā)了一種新的成像光譜儀，該光譜儀比最先進的儀器輕巧得多，同時又保持了同樣高的性能水平。由于其體積小和模塊化設(shè)計，新儀器準備將這種先進的分析技術(shù)帶入空中車輛，甚至進行行星探測任務(wù)。

成像光譜儀記錄一系列單色圖像，這些圖像用于區(qū)域的空間和光譜分析。這種分析方法廣泛應(yīng)用于大氣科學，生態(tài)學，地質(zhì)學，農(nóng)業(yè)和林業(yè)等領(lǐng)域。但是，儀器的大尺寸使其無法在某些應(yīng)用中使用。

在光學學會(OSA)的《應(yīng)用光學》雜志上，由麻省理工學院林肯實驗室的Ronald B. Lockwood領(lǐng)導的研究人員描述了他們的新型Chrisp緊湊型VNIR / SWIR成像光譜儀(CCVIS)。它的體積比當今大多數(shù)設(shè)備小10倍或更多倍。CCVIS的一種版本的直徑為8.3厘米，長為7厘米，大約相當于汽水罐的大小。

光譜儀旨在記錄400至2500 nm波長范圍內(nèi)的光譜圖像。這包括光譜的可見和近紅外(VNIR)以及短波近紅外(SWIR)部分。

洛克伍德說：“我們的緊湊型儀器有助于將成像光譜學應(yīng)用于各種科學和商業(yè)問題，例如部署在小型衛(wèi)星上進行行星探測或?qū)o人航空系統(tǒng)用于農(nóng)業(yè)目的。” “我們相信，我們的新光譜儀還可用于研究氣候變化，這是成像光譜儀最令人興奮的應(yīng)用之一。”

制作更小的光譜儀

當今大多數(shù)成像光譜儀都使用Offner-Chrisp光學配置，因為它可以出色地控制稱為像差的光學誤差。但是，這種設(shè)計需要相對較大的光學設(shè)置。研究人員開發(fā)的新型CCVIS的性能與Offner-Chrisp的配置非常相似，但是具有新的光學組件，可以使設(shè)計更緊湊。

為了制作新的CCVIS，研究人員使用了折反射透鏡，它將反射和折射元素組合為一個組件。這創(chuàng)建了一個更緊湊的儀器，同時仍然可以控制光學像差。研究人員還使用了一種特殊的平面反射光柵，該光柵浸沒在折射介質(zhì)中而不是空氣中。該光柵比傳統(tǒng)光柵占用更少的空間，同時保持相同的分辨率。

易于制造

洛克伍德說：“ CCVIS使用的是扁平光柵，而不是需要使用復雜的電子束光刻或金剛石加工技術(shù)進行制造的凹凸光柵。” “我們開發(fā)了一種灰度光刻微制造方法，該方法使用一次性曝光來制造光柵，并且不需要勞動密集型電子束處理。”

為了測試他們的新設(shè)計，研究人員使用實驗室設(shè)置演示了光譜儀。他們的實驗證明，CCVIS在整個視野內(nèi)均具有預期的性能。

洛克伍德說：“ CCVIS的緊湊尺寸意味著可以將其制作成可以堆疊以增加視野的模塊。” “它還使得在不改變溫度的情況下保持穩(wěn)定相對容易，因此光學對準以及光譜性能保持不變。”

作為朝天基示范最終目標邁進的一步，研究人員正在尋求資金來開發(fā)可在機載車輛上進行全面測試的完整原型。