留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于中阶梯光栅的波长定标方法研究

毛靖华 王咏梅 石恩涛 张仲谋 江芳

毛靖华, 王咏梅, 石恩涛, 张仲谋, 江芳. 基于中阶梯光栅的波长定标方法研究[J]. 中国光学(中英文), 2017, 10(3): 376-382. doi: 10.3788/CO.20171003.0376
引用本文: 毛靖华, 王咏梅, 石恩涛, 张仲谋, 江芳. 基于中阶梯光栅的波长定标方法研究[J]. 中国光学(中英文), 2017, 10(3): 376-382. doi: 10.3788/CO.20171003.0376
MAO Jing-hua, WANG Yong-mei, SHI En-tao, ZHAGN Zhong-mou, JIANG Fang. Spectral calibration based on echelle[J]. Chinese Optics, 2017, 10(3): 376-382. doi: 10.3788/CO.20171003.0376
Citation: MAO Jing-hua, WANG Yong-mei, SHI En-tao, ZHAGN Zhong-mou, JIANG Fang. Spectral calibration based on echelle[J]. Chinese Optics, 2017, 10(3): 376-382. doi: 10.3788/CO.20171003.0376

基于中阶梯光栅的波长定标方法研究

doi: 10.3788/CO.20171003.0376
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 41005013

详细信息
    作者简介:

    毛靖华(1990-), 女, 河南驻马店人, 博士, 主要从事星载光学仪器地面定标方面的研究。E-mail:renne1230@126.com

    王咏梅(1967—),女,贵州人,博士,研究员,主要从事中高层大气、电离层光学遥感仪器研制和数据应用方面的研究。E-mail:wym@nssc.ac.cn

    通讯作者:

    王咏梅, E-mail:wym@nssc.ac.cn

  • 中图分类号: TG502.33;TH744

Spectral calibration based on echelle

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 41005013

  • 摘要: 波长定标是仪器遥感数据定量化的前提和基础。针对星载大气微量成分探测仪视场大、波长宽、空间分辨率和波长分辨率高的特点,建立了基于中阶梯衍射光栅的波长定标装置。中阶梯光栅因其较少的线密度和较大的闪耀角工作在较高的闪耀级次,光谱范围宽且具有较高的分辨率,可在工作波段内一次性输出多条分布较为均匀的谱线,克服了传统定标方式的缺点,提高了定标精度。本文首先介绍了波长定标装置的工作原理,接着利用该装置对高光谱大气微量成份探测仪进行波长定标,通过寻峰和回归分析给出载荷的波长定标方程,并利用标准汞灯谱线对定标结果进行检验。结果表明:高光谱大气微量成份探测仪的像元和波长近似满足线性分布规律,定标不确定度为0.025 8 nm,汞灯特征谱线的定标值和标准值偏差最大不超过0.043 5 nm,证明了定标结果的准确性。

     

  • 图 1  波长定标装置结构图

    Figure 1.  Structural diagram of spectral calibration equipment

    图 2  波长定标装置输出的光谱图

    Figure 2.  Spectrum of the calibration equipment

    图 3  实验装置示意图

    Figure 3.  Schematic diagram of spectral calibration experiment

    图 4  462.46 nm的像元和响应关系图

    Figure 4.  Pixels signal at the wavelength of 462.46 nm

    图 5  星载大气微量成分探测仪在中心视场的回归直线

    Figure 5.  Regression line in center area of FOV obtained by hyperspectral imaging spectrometer

    图 6  回归直线残差图

    Figure 6.  Residual plot of the regression line

    图 7  校验装置图

    Figure 7.  Schematic diagram of calibration equipment

    表  1  L2479的主要辐射特性

    Table  1.   Radiation characteristic of L2479

    型号功率/W弧长/mm光强μW/cm2.nm@50 cm
    λ 440 nm
    L24793003.05.06
    下载: 导出CSV

    表  2  定标装置的中心波长及分辨率

    Table  2.   Central wavelength and spectral resolution of the equipment

    衍射级次中心波长/nm光谱分辨率/nm
    64375.798 380.045 321 30
    63381.749 510.048 817 80
    62387.895 800.049 600 35
    61394.273 750.049 250 70
    60400.854 400.049 650 30
    59407.637 760.049 716 90
    58414.654 170.049 567 05
    57421.945 580.050 366 25
    56429.456 200.053 846 10
    55437.251 770.050 932 35
    54445.359 620.055 927 35
    53453.745 170.053 246 70
    52462.462 390.057 459 15
    51471.542 920.056 809 80
    50480.961 760.056 443 50
    49490.780 220.057 559 05
    48500.994 200.058 424 85
    下载: 导出CSV

    表  3  波长定标不确定度分析

    Table  3.   Uncertainty analysis of spectral calibration

    σ1/nmσ2/nmσ3/nmσ/nm
    0.010.017 20.016 50.025 84
    下载: 导出CSV

    表  4  定标波长与标准波长的对比

    Table  4.   Comparison of the calculated value and standard values

    标准波长/nm定标波长/nm偏差绝对值/nm
    435.833 5435.794 80.038 7
    407.783 7407.774 90.008 7
    404.656 5404.613 00.043 5
    下载: 导出CSV
  • [1] 周斌, 刘文清, 齐峰, 等.差分吸收光谱法测量大气污染中数据处理方法研究[J].物理学报, 2001, 9(50):1818-1823. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WLXB200109035.htm

    ZHOU B, LIU W Q, QI F, et al.. Study of concentration method in differential optical absorption spectroscopy for measuring air pollutants[J]. Acta Physica Sinica, 2001, 9(50):1818-1823.(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WLXB200109035.htm
    [2] 郑玉权.温室气体遥感探测仪器发展现状[J].中国光学, 2011, 4(6):546-561. http://www.chineseoptics.net.cn/CN/abstract/abstract8743.shtml

    ZHENG Y Q. Development status of remote sensing Instruments for greenhouse gases[J]. Chinese Optics, 2011, 4(6):546-561.(in Chinese) http://www.chineseoptics.net.cn/CN/abstract/abstract8743.shtml
    [3] 赵敏杰, 司福祺, 江宇, 等.星载大气痕量气体差分吸收光谱仪的实验室定标[J].光学精密工程, 2013, 3(21):567-573. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GUAN201211000.htm

    ZHAO M J, SI F Q, JIANG Y, et al.. In-lab calibration of space-borne differential optical absorption spectrometer[J]. Opt. Precision Eng., 2013, 3(21):567-573.(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GUAN201211000.htm
    [4] 郑玉权.超光谱成像仪的精细光谱定标[J].光学精密工程, 2010, 18(11):2347-2354. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201011006.htm

    ZHENG Y Q. Precise spectral calibration for hyperspectral imager[J]. Opt. Precision Eng., 2010, 18(11):2347-2354.(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201011006.htm
    [5] 刘倩倩, 郑玉权.超高分辨率光谱定标技术发展概况[J].中国光学, 2012, 5(6):566-577. http://www.chineseoptics.net.cn/CN/abstract/abstract8906.shtml

    LIU Q Q, ZHENG Y Q. Development of spectral calibration technologies with ultra-high resolutions[J]. Chinese Optics, 2012, 5(6):566-577.(in Chinese) http://www.chineseoptics.net.cn/CN/abstract/abstract8906.shtml
    [6] 周海金, 刘文清, 司福祺, 等.星载大气痕量气体差分吸收光谱仪光谱定标技术研究[J].光谱学与光谱分析, 2012, 11(32):2881-2885. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GUAN201211000.htm

    ZHOU H J, LIU W Q, SI F Q, et al.. Spectral calibration for space-borne differential optical absorption spectrometer[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2012, 11(32):2881-2885.(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GUAN201211000.htm
    [7] 李聪, 王咏梅.用PtNe灯对大气紫外成像光谱仪进行光谱定标[J].光谱学与光谱分析, 2010, 30(12):3302-3305. doi: 10.3964/j.issn.1000-0593(2010)12-3302-04

    LI C, WANG Y M. Spectral calibration of the atmosphere ultraviolet imaging spectrograph using a PtNe lamp[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2010, 30(12):3302-3305.(in Chinese) doi: 10.3964/j.issn.1000-0593(2010)12-3302-04
    [8] 裴舒.成像光谱仪光谱定标[J].光机电信息, 2011, 28(11):48-51. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-80139-1012296958.htm

    PEI SH. Spectral calibration of imaging spectrometor[J]. OME Information, 2011, 28(11):48-51.(in Chinese) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-80139-1012296958.htm
    [9] DOBBER M R, DIRKSEN R J, LEVELT P F, et al.. Ozone monitoring instrument calibration[J]. IEEE Transactions on Geoscience & Remote Sensing, 2006, 44(5):1209-1238. https://aura.gsfc.nasa.gov/science/publications/Dobber_Dirksen_Levelt_IEEE2006.pdf
    [10] DIRKSEN R, DOBBER M, VOORS R, et al.. Prelaunch characterization of the ozone monitoring instrument transfer function in the spectral domain[J]. Appl. Opt., 2006, 45(17):3972-3981. doi: 10.1364/AO.45.003972
    [11] DIRKSEN R, DOBBER M, LEVELT P, et al.. The on-ground calibration of the ozone monitoring instrument from a scientific point of view[J]. SPIE, 2004, 5234:400-410. http://projects.knmi.nl/omi/documents/publications/proceedings/SPIE2003_Barcelona_OMI_calibration.pdf
    [12] ZHANG R, BAYANHESHIG, YIN L, LI X T, et al.. Wavelength calibration model for prism-type echelle spectrometer by reversely solving prism's refractive index in real time[J]. Appl. Opt., 2016, 55:4153-4158. doi: 10.1364/AO.55.004153
    [13] KIM J H, HAN J H, JEONG J CH. Accurate wavelength calibration method for spectrometer using low coherence interferometry[J]. J. Lightwave Technol., 2015, 33:3413-3418. doi: 10.1109/JLT.2015.2393881
    [14] PEARLMAN A, POGORZALA D, CAO CH Y. GOES-R advanced baseline imager:spectral response functions and radiometric biases with the NPP Visible Infrared Imaging radiometer Suite evaluated for desert calibration sites[J]. Appl. Opt., 2013, 52:7660-7668. doi: 10.1364/AO.52.007660
    [15] WANG K, DING ZH H. Spectral calibration in spectral domain optical coherence tomography[J]. Chin. Opt. Lett., 2008, 6:902-904. doi: 10.3788/COL
  • 加载中
图(7) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  2041
  • HTML全文浏览量:  641
  • PDF下载量:  815
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-01-12
  • 修回日期:  2017-03-28
  • 刊出日期:  2017-06-01

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要通知

    2024年2月16日科睿唯安通过Blog宣布,2024年将要发布的JCR2023中,229个自然科学和社会科学学科将SCI/SSCI和ESCI期刊一起进行排名!《中国光学(中英文)》作为ESCI期刊将与全球SCI期刊共同排名!