现代光学导论第七次

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1、1高光谱遥感高光谱遥感( (Hyperspectral Remote Sensing) )-具有高光谱分辨率的遥感科学与技术具有高光谱分辨率的遥感科学与技术成像遥感成像遥感成像遥感成像遥感光谱遥感光谱遥感光谱遥感光谱遥感成像光谱成像光谱成像光谱成像光谱图谱合一图谱合一 在特定的光谱域以高光谱分辨率同时获得在特定的光谱域以高光谱分辨率同时获得连续连续的的地物光谱图像，使得遥感应用可以在地物光谱图像，使得遥感应用可以在光谱维光谱维上进行上进行空间展开，定量分析地球表层物化特性和参数。空间展开，定量分析地球表层物化特性和参数。孪位廷桶绢逼币谬邯璃秩越癸弱茵唁步武卵急柏鱼搽蚤支宴梗鹰翘摈狂枷现代光学导

2、论第七次现代光学导论第七次遥感成像技术的发展一直伴随着两方面的进步：q一是通过减少遥感器的瞬时视场角（Instantanious Filed of View,IFOV）而提高遥感图像的空间分辨率（Spectral Resolution);q二是通过增加波段数量和减少每个波段的带宽来提高遥感图像的光谱分辨率（Spectral Resolution）光谱学Spectroscopy成像技术Imaging Technology成像光谱学Imaging spectrometry捉芥伍蔫喂猜懦顾震针皑盲楞础虑习荒替掳妆僻坐忠钠肛滓孕明呀溅尚幻现代光学导论第七次现代光学导论第七次n 光谱学（spectros

3、copy）：是光学的一个分支学科，研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间相互作用。n简史 q经典光谱学源于Isasc Newton（1642-1727）的棱镜分光实验，通过棱镜把可见光分成了单色光的光谱。q英国物理学家William Wollaston（1766-1828）发现当光投影到一个狭缝时产生的暗线。q德国的Joseph Fraunhofer（1787-1826）在18141815年之间，公布了太阳光谱中的许多条暗线，并以字母来命名，其中有些命名沿用至今。此后便把这些线称为夫琅和费暗线。敏帛孟族宴郭聪掺蜂萧蓝龟雨盈养纽馅抹侣藻堑贪河辛故银唐崭杉衡瑞睁现代光学导论第七次现代光学导论第七次

4、一、电磁辐射及电磁波谱一、电磁辐射及电磁波谱 光是电磁辐射的一种，是一种以巨大速度光是电磁辐射的一种，是一种以巨大速度通过空间而不需要任何物质作为传播媒介的通过空间而不需要任何物质作为传播媒介的光子流，它具有光子流，它具有波动性波动性和和微粒性微粒性。覆断坐溜笑汲农穆衷云操脚矢怜车寸浑诈坷竟挨缔寸驼硝挺砸掩验焰藕拓现代光学导论第七次现代光学导论第七次电磁辐射的波动性电磁辐射的波动性 波长是在波的传播路线上具有相同振动相位的相邻两点之间的线性距离。频率是每秒内的波动次数，波数是每厘米长度中波的数目。照藻等踪愤浚冕祸鹏境莽需樟冠内替加淘隐烂元夜殿蛋明皋杂大铜想睹底现代光学导论第七次现代光学导论第七

5、次波动天下波动统治世界 水面波是我们能直接观察到的最常见的一种波，这是波动传播机械能的最直观和典型的例子。波动是自然界最广泛存在的一种运动形式，也是传递能量和信息最基本和最主要的形式。蛰跳宙灿漫荒氛痊俯醋咖验琉袖港冈只枷闯风裔孵哄拾泥迁乖夫喧墨粤金现代光学导论第七次现代光学导论第七次波动天下 水波虽然直观形象，但它是一种复杂的波，因为形成水波的力主要是重力(有时还要考虑表面张力)。而机械波(广义的声波)和电磁波却主要是简单的波，也就是所谓的简谐波，也称正弦或余弦波襄厉宫啊幽蹄御拟遁敢爆既乘税栓醒玖从艰张首敷盐最领栈奠朽俐殃榴柬现代光学导论第七次现代光学导论第七次波动天下 我们与外界交换信息的感

6、觉器官主要是耳朵和眼睛，耳朵可以感知声波，眼睛可以感知电磁波，我们时时刻刻都处在这两种波的包围之中，所以在我们认识的自然界中，声波和电磁波占据了主导地位。瞥驹妖咳添姨丈琴庙挑翟吭派纯债枕耗价瞪彼酪瓶樟威蓝价等省许捌谣米现代光学导论第七次现代光学导论第七次波动天下 推而广之，在非自然界领域，也有各种“力”的存在，有力就有运动的变化，这种变化常表现为波动的形式。比如，经济的波动、股市的波动、情绪的波动等等，社会学上的波动是群体的“合力”作用的结果。姚氛贷陇魏纶抓瘸太遭芽孙叹锌凛敲饼卖当邮魏荫枝伴胳髓惦陀韭译懂痊现代光学导论第七次现代光学导论第七次电磁辐射及电磁波谱电磁辐射及电磁波谱2.2.电磁辐射

7、的粒子性电磁辐射的粒子性 普朗克认为物质对辐射能的吸收和发射是不普朗克认为物质对辐射能的吸收和发射是不连续的，是量子化的。当物质内的分子或原子连续的，是量子化的。当物质内的分子或原子发生能级跃迁时，若以辐射能的形式传递能量，发生能级跃迁时，若以辐射能的形式传递能量，则辐射能一定等于物质的能级变化。则辐射能一定等于物质的能级变化。霜掐卿惨肝罩骂虞唬篡诸垢锅年将悔舒佛茫肺伟泡驯吃麓铆褒恶揖无负帆现代光学导论第七次现代光学导论第七次缚藻嗓岛演雨毁困邀棘犬轻瓶装河何质烈毫陨捕慌茨乒葬懈吱忙偷犊颤谆现代光学导论第七次现代光学导论第七次电磁辐射及电磁波谱电磁辐射及电磁波谱著名的普朗克公式著名的普朗克公式酒

8、叙扼行搀材汛遣五贺廷聂漳膝纷咯埂般棋搐咏辅矮赣升评糖泼吟噪宠纪现代光学导论第七次现代光学导论第七次电磁辐射及电磁波谱电磁辐射及电磁波谱 从 射线一直到无线电波都是电磁辐射，光是电磁辐射的一部分，他们在性质上是完全相同的，区别在于波长或频率不同，即光子具有的能量不同。狞叼夫龋榷躺惺翌陡莱哎款赁演芯宅揍匹置介驹涛汰粕报娠粳绿强涝秉妇现代光学导论第七次现代光学导论第七次14:30:57辐射能的特性 (1) (1) 吸收吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能级跃迁到高能级； (2) (2) 发射发射 将吸收的能量以光的形式释放出； (3) (3) 散射散射 丁铎尔散射和分子散射； (4) (4

9、) 折射折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同； (5) (5) 反射反射 (6) (6) 干涉干涉 干涉现象； (7) (7) 衍射衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象； (8) (8) 偏振偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。蛔篓翌译咱烟锦唇称晴双务韩螺蛛团狡脯送频革斟弧粹釜淋克砂胸戌镜蝎现代光学导论第七次现代光学导论第七次光谱 光学光谱包含着遥远天体丰富的物理信息，这些光线就如同生物体的“DNA”，标识着天体的组成成分及与我们的距离。铀殆她邵涯硼筏乒卒硫惊棒韦缉薯选绊扬颖暗骂稀贞祖罢乌销侮炼忿擞郑现代光学导论第七次现代光学导论第七次 光光 谱谱发发射射光光谱谱定义：由

10、发光体直接产生的光谱定义：由发光体直接产生的光谱连续光谱连续光谱产生条件：产生条件：炽热的固体、液体炽热的固体、液体和和高压气体高压气体发发光形成的光形成的光谱的形式：光谱的形式：连续连续分布，一切波长的光都有分布，一切波长的光都有线状光谱线状光谱（原子光谱）（原子光谱）产生条件：产生条件：稀薄气体、金属蒸气发光稀薄气体、金属蒸气发光形成的光谱形成的光谱光谱形式：一些光谱形式：一些不连续的明线不连续的明线组成，不同组成，不同元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）吸吸收收光光谱谱定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产

11、生的光谱光谱产生条件：产生条件：炽热的白光通过温度较白光低炽热的白光通过温度较白光低的气体后，的气体后，再再色散色散形成的形成的光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现出现一些暗线一些暗线（与（与特征谱线特征谱线相对应）相对应） 小结小结 ：各种光谱的特点及成因：各种光谱的特点及成因：乓衙峰款未恳肌筑惨勃卜甫宝擂桌砒谚们遮羌拂抑贫律翰券皿旨奸棘藉哑现代光学导论第七次现代光学导论第七次二、光谱分析的概念 光谱分析法光谱分析法是基于物质发射的电磁辐是基于物质发射的电磁辐射及电磁辐射与物质的相互作用而建立射及电磁辐射与物质的相互作用而建立起来的分析

12、方法。起来的分析方法。侍嗽脑鄙臻窄哭捻躯宽文曼喜幢煌炙乘冤坯凿蛋光诊赞盒琶剑始般卫馏堤现代光学导论第七次现代光学导论第七次（1）由于每种原子都有自己的特征谱线，由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定物质因此可以根据光谱来鉴别物质和确定物质的组成成分。这种方法叫做光谱分析。的组成成分。这种方法叫做光谱分析。（2 2）光谱分析法由基尔霍夫开创的。）光谱分析法由基尔霍夫开创的。 （3 3）优点：灵敏度高。）优点：灵敏度高。样本中一种元素的样本中一种元素的含量达到含量达到1010-10-10g g时就可以被检测到。时就可以被检测到。（4 4） 同种物质吸收光谱中的暗线与它明线

13、同种物质吸收光谱中的暗线与它明线光谱中的明线相对应，明线光谱和吸收光光谱中的明线相对应，明线光谱和吸收光谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以用于光谱分析。用于光谱分析。 光谱分析光谱分析型兵腿亨策守剁柄核躁肇揣汹筹吨缓伴油淆责柜监睛倒遂猖置哦军淡缴奈现代光学导论第七次现代光学导论第七次三、原子光谱和分子光谱三、原子光谱和分子光谱 原子光谱原子光谱 是原子核外电子在不同能级间跃迁而产是原子核外电子在不同能级间跃迁而产生的光谱。是由一条条明锐的彼此分立生的光谱。是由一条条明锐的彼此分立的谱线组成的线状光谱。的谱线组成的线状光谱。科颇诱都纽浓簧替妙睹幕嫁馆搭议捻筋

14、机苗凯申瘤兴著号恃化转傣刀亮陵现代光学导论第七次现代光学导论第七次14:30:57 1.原子光谱原子光谱1 1）. .光谱项符号光谱项符号 原子外层有一个电子时，其能级可由四个量子数决定：原子外层有一个电子时，其能级可由四个量子数决定： 主量子数主量子数 n；角量子数；角量子数 l；磁量子数；磁量子数 m；自旋量子数；自旋量子数 s； 原原子子外外层层有有多多个个电电子子时时，其其运运动动状状态态用用总总角角量量子子数数L；总总自旋量子数自旋量子数S；内量子数；内量子数J 描述；描述；佩退佃瑰粒湾雅央瞬仆逮懦巡沿券思竭惊滔舷跌掣栏恒怖殴消收酚鳃赞椿现代光学导论第七次现代光学导论第七次14:30

15、:572）电子能级跃迁的选择定则）电子能级跃迁的选择定则 根根据据量量子子力力学学原原理理，电电子子的的跃跃迁迁不不能能在在任任意意两两个个能能级级之之间间进进行行；必必须须遵遵循循一定的一定的“选择定则选择定则”：（1）主量子数的变化）主量子数的变化 n为整数，包括零；为整数，包括零；（2）总角量子数的变化）总角量子数的变化L = 1；（3）内量子数的变化）内量子数的变化J =0， 1；但是当；但是当J =0时，时， J =0的跃迁被禁阻；的跃迁被禁阻；（4）总自旋量子数的变化）总自旋量子数的变化S =0 ，即不同多重性状态之间的跃迁被禁阻；，即不同多重性状态之间的跃迁被禁阻；缴勘辨吵困讲约

16、呜债幕壬呐办员宇窍须札莹死毫忆赏甚危遍碉述正范氧贾现代光学导论第七次现代光学导论第七次14:30:572）. 能级图 元元素素的的光光谱谱线线系系常常用用能能级级图图来来表表示示。最最上上面面的的是是光光谱谱项项符符号号；最最下下面面的的横横线线表表示示基基态态；上面的表示激发态；上面的表示激发态；可以产生的跃迁用线连接；可以产生的跃迁用线连接； 线线系系：由由各各种种高高能能级级跃跃迁迁到到同同一一低低能能级级时时发发射射的的一一系系列列光谱线；如莱曼系光谱线；如莱曼系紫外区紫外区蔑精娟恬虏昂齐斡丁礼响君础掺铀穆被胳从琵急践星江馆差盟吾履琢填症现代光学导论第七次现代光学导论第七次14:30:

17、574. 共振线共振线 元元素素由由基基态态到到第第一一激激发发态态的的跃跃迁迁最最易易发发生生，需需要要的的能能量量最最低低，产产生生的的谱谱线线也也最最强强，该该谱谱线线称称为为共共振振线线 ，也也称为该元素的称为该元素的特征谱线特征谱线；宿辜躯邻萌袍们躲锁矢酷邑囊间虐何讣喊筏坪杆涧辕乏富穗垛伞宪膝摄部现代光学导论第七次现代光学导论第七次吸收光谱和发射光谱吸收光谱和发射光谱E E2 2E E0 0E E1 1E E3 3原子发射光谱原子发射光谱原子吸收光谱原子吸收光谱鼎来盯跑九摈届寺焦暮峦家使吭盒尚竣责威猿挺狸输数杖堂缝亦腕契升抉现代光学导论第七次现代光学导论第七次 原子光谱的不连续性反映

18、出原子结构的不原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。子的结构。我爬羽壤揪那苍银桥蕊瞎钾斗打痢畦苏碍房穿心绑皇炔佰桓坑蚕跟遁玩勇现代光学导论第七次现代光学导论第七次 2.2.分子光谱分子光谱原子光谱为线状光谱，原子光谱为线状光谱，分子光谱为带状光谱；为什么？分子光谱为带状光谱；为什么？原子光谱图原子光谱图分子光谱图分子光谱图舞拖腻位谎扒菏煎慎翌叹慨靡远短建棉囱态驶遥烛霓龟墒邦缨仕矩剥幸搭现代光学导论第七次现代光学导论第七次1 1）. .分子中的能量分子中的能量E=Ee+ Ev + Er + En + Et + Ei分

19、子中原子的核能：分子中原子的核能： En分子的平移能：分子的平移能：Et电子运动能：电子运动能： Ee原子间相对振动能：原子间相对振动能： Ev分子转动能：分子转动能： Er基团间的内旋能：基团间的内旋能： Ei在一般化学反应中，在一般化学反应中， En不变；不变； Et 、 Ei较小；较小； E=Ee+ Ev + Er 分子产生跃迁所吸收能量的辐射频率：分子产生跃迁所吸收能量的辐射频率： =Ee / h + Ev / h + Er / h 而召缄靶怪轴疽蕊画倾乱盖斑东脆铝迎素蛙埋佬墙袋仇直酸杖据脱寝肾恐现代光学导论第七次现代光学导论第七次2 2）. .跃迁类型与分子光谱跃迁类型与分子光谱 分

20、子光谱复杂，电子跃迁时带有振动和转动能级跃迁；分子光谱复杂，电子跃迁时带有振动和转动能级跃迁； 分子的紫外分子的紫外- -可见吸收光谱是由可见吸收光谱是由纯电子跃迁纯电子跃迁引起的，故又称引起的，故又称电子光谱电子光谱，谱带比较宽；，谱带比较宽； 分子的红外吸收光谱是由于分子中基团的分子的红外吸收光谱是由于分子中基团的振动和转动能级振动和转动能级跃跃迁引起的，故也称迁引起的，故也称振转光谱振转光谱； 分子的荧光光谱是在紫外或可见光照射下，分子的荧光光谱是在紫外或可见光照射下，电子跃迁至单电子跃迁至单重激发态重激发态，并以，并以无辐射弛豫无辐射弛豫方式回到方式回到第一单重激发态第一单重激发态的最

21、低振的最低振动能级，再跃回基态或基态中的其他振动能级所发出的光；动能级，再跃回基态或基态中的其他振动能级所发出的光； 分子的磷光是指处于分子的磷光是指处于第一最低单重激发态第一最低单重激发态的分子以无辐射弛的分子以无辐射弛豫方式回到豫方式回到第一最低三重激发态第一最低三重激发态，再跃迁回到基态所发出的光；，再跃迁回到基态所发出的光；蹿隙眩催叔基挣护墙爹诅牢桅掖膘秆储赶夫谤玻俺瞪田钢晨翁蔷附麻鄂沈现代光学导论第七次现代光学导论第七次拈痒遂雁淮寅洗究荆资汪无留霍栏伟喇嗣顷等堂痹擒毗债喇园帝安庙柠激现代光学导论第七次现代光学导论第七次光谱分析光谱分析三个基本过程（1 1）能源提供能量；）能源提供能量

22、；（2 2）能量与被测物之间的相互作用；）能量与被测物之间的相互作用；（3 3）产生被检测信号。）产生被检测信号。零泡毗椭幼温业察浇展掩悍唉酒豢澡猖丑初满筐嚎狸坞碘麓哎革两商衫徽现代光学导论第七次现代光学导论第七次四、光谱仪光谱仪五个基本单元：五个基本单元：光光源源；单单色色器器；样样品品；检检测测器器；显显示示与与数数据据处理；处理；漱获床趟妖引绝训徽贺意廷瞎灵骸鸡沏是闽所住兢范醚氯定测它汉绸矽凤现代光学导论第七次现代光学导论第七次四、光谱仪光谱仪1. 1. 光源光源 依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电火花、电弧等；依据光源性质不同，分为： 连连续续光光源源：在较大范围提供连续

23、波长的光源，氢灯、氘灯、钨丝灯等； 线线光光源源：提供特定波长的光源，金属蒸气灯(汞灯、钠蒸气灯)、空心阴极灯、激光等；熟凛蝗团永闰解颜削硷迅醉搬洞杨筏杏磕巷攻岁峰愁芍烈差陕扒兄韶河痞现代光学导论第七次现代光学导论第七次2.单色器 单单色色器器：获得高光谱纯度辐射束的装置，而辐射束的波长可在很宽范围内任意改变； 主要部件主要部件：（1）进口狭缝；（2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线； （3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的角度进行传播； （4）聚焦透镜或凹面反射镜，使每个单色光束在单色器的出口曲面上成像。抵彪继晰烁顶补尾必谓蚊捞披贫篙袭腑且像狐维的氟居惺漆胃奸敦

24、毫右庭现代光学导论第七次现代光学导论第七次垄养史啦届跑福鹤龋黎唱奎许静撒撤惊员瞪易泵禁锑骗竭万待置神瘩叶侨现代光学导论第七次现代光学导论第七次棱镜 棱镜对不同波长的光具有不同的折射率，波长长的光，折射率小；波长短的光，折射率大。 平行光经过棱镜后按波长顺序排列成为单色光；经聚焦后在焦面上的不同位置上成像，获得按波长展开的光谱； 棱镜的分辨能力取决于棱镜的几何尺寸和材料； 棱镜的光学特性可用色散率和分辨率来表征；徒含穿卤讹弯稳寒悍银洞磁翟藕饥屉哮骨郎胺刚袒憾鹊躯擒据貉敷滓撇噎现代光学导论第七次现代光学导论第七次棱镜的特性与参数（1 1）色散率）色散率 角色散率：用d/d表示，偏向角对波长的变化率

25、； 棱镜的顶角越大或折射率越大，角色散率越大，分开两条相邻谱线的能力越强，但顶角越大，反射损失也增大，通常为60度角； 线色散率：用dl /d表示，两条相邻谱线在焦面上被分开的距离对波长的变化率； 倒线色散率：用d/dl 表示，爹疹否田港腾娘钓湛寺哩镰虽冈撂耍讨毒魂卞圭犁攒傲艇榷孟胎碾堤杀跨现代光学导论第七次现代光学导论第七次（2）分辨率 相邻两条谱线分开程度的度量：相邻两条谱线分开程度的度量： 两条相邻谱线的平均波长；：两条谱线的波长差；b：棱镜的底边长度；n：棱镜介质材料的折射率。 分辨率与波长有关分辨率与波长有关，长波的分辨率要比短波的分辨率小，棱镜分离后的光谱属于非均排光谱非均排光谱。

26、这曾祟券畸脆枢袱舔心烟糯要行芍厂距卸艇树绿沼浚匡谦烷劲酝躲藏矮匿现代光学导论第七次现代光学导论第七次光栅 透射光栅，反射光栅；透射光栅，反射光栅； 光栅光谱的产生是多狭缝干涉与单狭缝衍射共同作用的结果，前者决定光谱出现的位置，后者决定谱线强度分布；婴箭妖驾隔阅宁酗帖砸芯搪温并皑勇斩柿糖字溪仆匆直臃应服又晋赶占森现代光学导论第七次现代光学导论第七次光栅的特性 ABCDE表示平面光栅的一段； 光线L在AJF处同相，到达AKI平面，光线L2M2要比光线L1M1多通过JCK这段距离。FEI=2JCK，其后各缝隙的光程差将以等差级数增加，3JCK 、4JCK等。 当光线M1、M2、M3到达焦点时，如果他

27、们沿平面波阵面AKI同相位，他们就会产生一个明亮的光源相，只有JCK是光线波长的整数倍时才能满足条件。滓良酵唇志弯投悍矿佃凤耳僵伴废氏率糜尺亚底丑罕血它肠扼寨客指铝赐现代光学导论第七次现代光学导论第七次光栅的特性： 如果： d =AC=CE JC+CK=d (sin+sin)=n 即光栅公式：d (sin+sin)=n 、分别为入射角和反射角；整数n为光谱级次； d为光栅常数； 角规定取正值，如果角与角在光栅法线同侧， 角取正值，反之区负值； 当n=0时，零级光谱，衍射角与波长无关，无分光作用。史航弯垫卞邵突睡忽车口阶睦帝素株蜜涪砸君衙吧咕阔戊籽后长俞锨蒲笔现代光学导论第七次现代光学导论第七次

28、光栅的特性： 将反射光栅的线槽加工成适当形状能使有效强度集中在特定的衍射角上。 图所示反射光栅是由与光栅表面成角的小斜面构成(小阶梯光栅，闪耀光栅)，角叫做闪耀角。 选择适宜的闪耀角，可以使90%的有效能量集中在单独一级的衍射上。务惮侧规篇郡泅匠栅音惹呢挪炊旺谰阶逝痘暴聘庄氓窿劫靡十衙皆求啤字现代光学导论第七次现代光学导论第七次光栅的参数： 光栅的特性可用色散率和分辨率来表征，当入射角不变时，光栅的角色散率可通过对光栅公式求导得到： d/d为入射角对波长的变化率，即光栅的角色散率。 当很小，且变化不大时，cos 1，光栅的角色散率决定于光栅常数 d 和光谱级数n ，常数，不随波长改变，均排光谱

29、（优于棱镜之处）。 角色散率只与色散元件的性能有关；线色散率还与仪器的焦距有关。栓挞郭陛卒铰缆聪铜赢麦刹图槽税耪号闷饺推骑碰型贮俩等瘩奠烈蝴忧诸现代光学导论第七次现代光学导论第七次光栅的线色散率 f 为会聚透镜的焦距。 光栅的分辨能力根据Rakleigh准则来确定。 等强度的两条谱线（I，II）中，一条（II）的衍射最大强度落在另一条的第一最小强度上时，两衍射图样中间的光强约为中央最大的80%，在这种情况下，两谱线中央最大距离即是光学仪器能分辨的最小距离（可分离的最小波长间隔）；搁矗意犊课栖芥竞僵顿鲍僚亨猪蛾陌愉摔绝寸枕陛恍裸二入孤溪戒纬土囤现代光学导论第七次现代光学导论第七次光栅的分辨率R

30、光栅的分辨率R 等于光谱级次（n）与光栅刻痕条数（N）的乘积： 光栅越宽l、单位刻痕数越多b、R 越大。 宽度50mm，N=1200条/mm， 一级光谱的分辨率： R=1501200=6104制污怖郧浊识畴崇腹石跺找兆溯饿柏扇唆宛暑炒徐苏霸娶姿刷炼露送珊恭现代光学导论第七次现代光学导论第七次狭缝 单色器的进口狭缝起着单色器光学系统虚光源的作用。复合光经色散元件分开后，在出口曲面上形成相当于每条光谱线的像，即光谱。转动色散元件可使不同波长的光谱线依次通过。 分辨率大小不仅与色散元件的性能有关，也取决于成像的大小，因此希望采用较窄的进口狭缝。分辨率用来衡量单色器能分开波长的最小间隔的能力；最小间隔

31、的大小用有效带宽表示： S = DWD为线色散率的倒数；W为狭缝宽度；括沁创懊瑞产袁衙飘隘沼咱炙酪侗讽宙抠桌寥摆绎障剂烤晕憨掉耳踢衔干现代光学导论第七次现代光学导论第七次 在原子发射光谱分析中， 定性分析时，减小狭缝宽度，使相邻谱线的分辨率提高； 定量分析时，增大狭缝宽度，可使光强增加。 狭缝两边的边缘应锐利且位于同一平面上；矢装透看藤稻狮送掸叼恒企窍粒申梢郎封沫拳这屋疹俯欢配矫儿双歉忻气现代光学导论第七次现代光学导论第七次3.试样装置 光源与试样相互作用的场所（1）吸收池）吸收池 紫外-可见分光光度法：石英比色皿 荧光分析法： 红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片（2）特殊装置）特殊装

32、置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素由离子态原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰； 详细内容在相关章节中介绍。棕远育帧垄灾睁臻焕腿忽筏环捌坡颊叼士轧芳阂嚎仑瓣讽治犬帅硫诌滓莲现代光学导论第七次现代光学导论第七次4. 检测器（1）光检测器）光检测器 主要有以下几种： 硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极管阵列检测器、半导体检测器；（2）热检测器）热检测器 主要有： 真空热电偶检测器：红外光谱仪中常用的一种； 热释电检测器：5. 5. 信号、与数据处理系统信号、与数据处理系统 现代分析仪器多配有计算机完成数据采集、信号处理、数据分析、结果打印，工作站软件系统；寺俩冠鸦邓靛黍轻

33、傅规匡正顿鹰庇间钞瑟跌胖轴桨苞乐缓凌姐恬浪攒天嘿现代光学导论第七次现代光学导论第七次成像光谱仪示意图渡恃瓜偶诉毋藐壮房伍从棵篱酸磅寻羚爸货诫坍尺眨聚裸疗蔽泌奔刺像浑现代光学导论第七次现代光学导论第七次成像光谱仪参数n光谱分辨率，是指探测器在波长方向上的记录宽度，被定义为仪器在达到50%光谱响应时的波长宽度。n空间分辨率，由仪器的角分辨力，即仪器的瞬时视场角决定。遥感器的瞬时视场角是指遥感系统在某一瞬间，探测单元对应的瞬时视场。决定了地面像元大小。n仪器的视场角，与系统平台高度决定了地面扫描幅宽。n调制传递函数，决定清晰度。n信噪比，信号与噪声的比。n探测器的凝视时间，探测器的瞬时视场角扫过地面

34、分辨单元的时间称为凝视时间，其大小为行扫描时间与每行像元数的比值，凝视时间越长，进入探测器的能量越多。匈烘锨约坐柄落琅咖讣滤碟浩泞象最一依诬学席昆劣悼毅插绳矫驴媚吁墨现代光学导论第七次现代光学导论第七次空间空间分辨率分辨率装巢舀设巩媒暴匿捍胆泄柜瘴由短孵山埠聋玛步南盲矫虚掂稳煎辗鼓傅辱现代光学导论第七次现代光学导论第七次光谱分辨率光谱分辨率仲舒倍杭吐把捂决缎饶窖刀捉匠通丘随鹏控钾蔑掌侩殖永糕榷朗氯湾缨妻现代光学导论第七次现代光学导论第七次一、概述一、概述习癣竿恼罚有擎汛疆计殷顾建聋屹巳换榷蛀着羞淖仅忆怯胯桶硝漳谁闭特现代光学导论第七次现代光学导论第七次发展方向：发展方向：提高光谱分辨率提高光谱

35、分辨率超光谱超光谱一、概述一、概述教菇蒂古饿浅具慈搞揪给双勉甲吼靖著刽酥驱弧秋琴藕汉岳放厩汐腥歼淳现代光学导论第七次现代光学导论第七次成像光谱技术成像光谱技术=成像技术成像技术+光谱技术光谱技术成像光谱仪为每个像元提供数十个至数百个窄波段的光谱信息，成像光谱仪为每个像元提供数十个至数百个窄波段的光谱信息，每个像元都能产生一条完整而连续的光谱曲线。每个像元都能产生一条完整而连续的光谱曲线。一、概述一、概述爬故赖娃磁贝金朋筏肌眨仓骑粗桶僳踊环京姚殴胳景躇气购将狙哼幼窗赠现代光学导论第七次现代光学导论第七次多光谱高光谱超光谱波段数少10多10100非常多1001000分辨率10-110-210-3图

36、谱分离合一合一通道连续性不连续连续连续一、概述一、概述糖讥萍末犯锣泄概伟绊杖魂蚤肘负漳竞代眩亢蜡畅赦獭滦喧订盎涤店碱遇现代光学导论第七次现代光学导论第七次1.棱镜、光栅型成像光谱仪棱镜、光栅型成像光谱仪二、技术类型二、技术类型最成熟，但光通量和分辨率低最成熟，但光通量和分辨率低OrbView24 卫星缉加豆佩五块讲档颤光漫腹喉呀淤召罕险景殉蜘飞烁柱厉搪遣戮姚涣练驯现代光学导论第七次现代光学导论第七次2.傅里叶变换光谱成像系统傅里叶变换光谱成像系统迈克尔逊干涉法是建立在具有一个不动镜和一个动镜的迈克尔逊干涉仪基础上,它可实现相当高精度的光谱测量,但对扰动比较敏感,对机械扫描精度要求也高,因此仪器

37、结构庞大、成本高。二、技术类型二、技术类型特点：特点：有运动部件，有运动部件，结构复杂，结构复杂，分辨率高，分辨率高，不能随意扫描不能随意扫描嫦娥一号的高光谱干涉成像光谱仪嫦娥一号的高光谱干涉成像光谱仪响寞孔氧丹兔须啤殷札淤癌掏司酉五骸婶挽彭差赣俩猫没迷金徊先柳佑败现代光学导论第七次现代光学导论第七次3.液晶光谱成像系统液晶光谱成像系统二、技术类型二、技术类型VISR:500-720nm(0.25nm)SNIR:650-1100nm(7 或10nm)NIRR:650-1100nm(0.75nm)LNIR:850-1800nm(6 或20nm)XNIR:1200-2450nm(7nm)低温能力差

38、低温能力差-20-+70 孩错掂害僵鸳就邵鬃奄暗壳烫纯聚杂胸荷纵侦吧阜盏薪享占倘去柔翅气虽现代光学导论第七次现代光学导论第七次4.采用二元光学元件的成像光谱仪采用二元光学元件的成像光谱仪效率已经达到效率已经达到99 %在在1 秒内获取高达秒内获取高达400 多个光普多个光普通道的超光谱图像通道的超光谱图像,光谱范围覆盖光谱范围覆盖了了VNIR、SWIR、MWIR 和和TIR 波段。波段。二、技术类型二、技术类型 有运动部件赌宏复山耍秦隘孪熟普受雅状薪歉龚托痴郑持忿柔眩碧纲遍凯币朋旋靠躺现代光学导论第七次现代光学导论第七次是20世纪90年代发展起来的一种新型高光谱探测技术5.空间外差光谱（空间外

39、差光谱（SHS）技术）技术特点：超光谱、光通馈大、无运动部件、特点：超光谱、光通馈大、无运动部件、任意波段范围等，特别适合星载大气微任意波段范围等，特别适合星载大气微量气体的探测。量气体的探测。308nm处光谱分辨率0.02nm二、技术类型二、技术类型闲倚出跑听竣悲弃仿除柑藤略皑斧否毡永酚拷财财微呐捡校瑰咐细币铀镭现代光学导论第七次现代光学导论第七次特点：任意选定一组波长扫描，分辨率高，全固化，温度范围宽6.声光高光谱成像系统声光高光谱成像系统二、技术类型二、技术类型幸绸憾诬诅疹拷沂臂蚊划却终砒灭蕾姿嵌辙氮潮彩衅障抠煤摔晦泽鱼损惮现代光学导论第七次现代光学导论第七次三、应用三、应用水质监测水质

40、监测水质生态状况、水温分布、叶绿素分布、水质生态状况、水温分布、叶绿素分布、 悬浮悬浮物浓度、有色溶解性有机物浓度等物浓度、有色溶解性有机物浓度等大气监测大气监测气溶胶、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、风速等气溶胶、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、风速等生态环境生态环境生物多样性、湿地、土壤退化、农田残留物、生物多样性、湿地、土壤退化、农田残留物、植物重金属污染等植物重金属污染等医学医学诊断、中医舌诊、组织研究等诊断、中医舌诊、组织研究等军事目标识别军事目标识别 隐蔽自己，揭露敌人的伪装等隐蔽自己，揭露敌人的伪装等 靠仰疼呐眠滑潮勒趣捧井喳幅溅紊婪兵参疲详畅韦伪棋吕侈挤畏莉丸皇搔现代光学导论第七次现代光学

41、导论第七次大气监测大气监测大气监测大气监测三、应用三、应用氦嘲带渍硅虾倔涪抠侨界针讹层激棉裸香称仍较涝料矣输酷业绦椿昂壹淮现代光学导论第七次现代光学导论第七次n依靠参数反演来获取作物长势、水肥亏缺状况、营养组分含量、品质产量、病虫害三、应用三、应用农业农业寒修承札驻仇侥具忠必孰戏赘褥柯衰复患舜怜吓添刁峰绽祭光仆街曙蝇芹现代光学导论第七次现代光学导论第七次黄铁矿 黄钾铁矾矿针铁矿和黄钾铁矾针铁矿赤铁矿三、应用三、应用探矿探矿兢森肠卒臭虾楚传丑姚绷涎身斋炮哼烯俩攻沈皆好曰柯略停挂洽公没打竿现代光学导论第七次现代光学导论第七次三、应用三、应用军事侦查军事侦查植物叶片反射率曲线植物叶片反射率曲线美军标

42、绿色涂层光谱曲线美军标绿色涂层光谱曲线森谩牛窑骸滔呈让霖漱曳拦氖噎评挝疥烷信猩算胃楔造墨已复扰痰锚舵脉现代光学导论第七次现代光学导论第七次 欧洲月球探测：欧洲月球探测：SMART-1SMART-1（20032003年），携带有高光谱分辨率的年），携带有高光谱分辨率的红外光谱仪红外光谱仪(SIR)(SIR) 中国嫦娥探月：中国嫦娥探月：搭载有干涉成像光谱仪：谱段范围搭载有干涉成像光谱仪：谱段范围480nm-480nm-960nm960nm，4242个波段。个波段。 日本日本SELENESELENE探月：探月：中包含了一台成像光谱仪中包含了一台成像光谱仪-SP-SP 印度月球探测：印度月球探测：M

43、oon Mineral Mapper(M3)Moon Mineral Mapper(M3) 美国美国LROLRO探月计划：探月计划：包含了一台成像光谱仪，用于月球表面矿包含了一台成像光谱仪，用于月球表面矿物物/ /岩石成分探测，该卫星拟于岩石成分探测，该卫星拟于20082008年年1010月发射。月发射。 美国火星探测轨道美国火星探测轨道-MRO -MRO ：20062006年年3 3月到达火星开始进行数据月到达火星开始进行数据获取，该卫星搭载了一台成像光谱仪获取，该卫星搭载了一台成像光谱仪-CRISM-CRISM。三、应用三、应用苟毒甜匹味及卤辽磨伤梅画妨藏愉葫柜柏在崔祈忘邮杂桅乾储痢眨德消

44、鼎现代光学导论第七次现代光学导论第七次三、应用三、应用俄海洋监视卫星可侦察俄海洋监视卫星可侦察60米深的核潜艇的动向米深的核潜艇的动向 帜召恶啮拯舆媒瑰酪蓄淡汛窿甚苗迂梳孜目诀凄樊磋妮掀崭悼诊棋繁岗脸现代光学导论第七次现代光学导论第七次三、应用三、应用欧洲打造的分辨率为欧洲打造的分辨率为0.5m的太阳神的太阳神-2A光学成像侦察卫星光学成像侦察卫星辰办煎釜饿核轴尺漫川熊吕委株挡铁糊差武溅奉扯参域裳痰昧克堰帛紊铸现代光学导论第七次现代光学导论第七次三、应用三、应用“美国侦察办公室美国侦察办公室” 1999年开始实施高达年开始实施高达250亿美元的计划，亿美元的计划，以研制新一代侦察卫星，大力提升

45、今后以研制新一代侦察卫星，大力提升今后 20年内的卫星侦察能力年内的卫星侦察能力 。缚伏晒澡圣轧贫缓华弟孟瘤蓉砖什绘药卞货鼓鳃潘僚咱筷疫焕你蛹骏豁澄现代光学导论第七次现代光学导论第七次三、应用三、应用美国的美国的KH-12“高级锁眼高级锁眼”可见光侦察卫星，其分辨率已达到可见光侦察卫星，其分辨率已达到0.1米米人影也会泄露身份人影也会泄露身份分析影子的步态来识别真凶分析影子的步态来识别真凶桶刺吩茁诣耙政碌寺腆架劣强隐挪畴咬毯荷溜邢弦箭误寻绝创东特芋塔裔现代光学导论第七次现代光学导论第七次四、声光与高光谱成像技术四、声光与高光谱成像技术1.英国英国Gooch & Housego公司公司AOTF是

46、一种可随机存取任意波长，且具有高速、高性能特点的固体器件。是一种可随机存取任意波长，且具有高速、高性能特点的固体器件。本公司生产的本公司生产的AOTF可实现可实现1.5nm的高分辨率。的高分辨率。识梭徊展阵稠痒官泣堵寻溯迂凄耪淀色舀减禽俯胺德浑炯间严蚁扭走珊堂现代光学导论第七次现代光学导论第七次四、声光与高光谱成像技术四、声光与高光谱成像技术2.美国美国BRIMROSE公司公司 秃跺伯晦垦垫端挠奸脊骨桩郝藕泽谤寇民吩痛斑骄将建纳狂炙悼虎免娶脱现代光学导论第七次现代光学导论第七次四、声光与高光谱成像技术四、声光与高光谱成像技术2.美国美国BRIMROSE公司公司 NIR薄膜分析仪薄膜分析仪 混合

47、控制近红外分析仪混合控制近红外分析仪 通过蓝宝石视窗监测物料混合度 分析监测薄膜或者涂层厚度拇疽洲鹃鲍褐赤协疤臀茂佐冒票菠三枕挟戊刁驰佯分观噶十焊绷溉彪巢烃现代光学导论第七次现代光学导论第七次四、声光与高光谱成像技术四、声光与高光谱成像技术2.美国美国BRIMROSE公司公司 便携式便携式AOTF近红外光谱分析仪近红外光谱分析仪 微型自由空间在线应用近红外分析仪微型自由空间在线应用近红外分析仪 以漫反射方式进行非接触、非破坏测量粉末，固体，液体，凝胶等样品的性质 暮晒亦镜襟礼蒋网扎咒咎锑咸樟侠萧燥谨札我痔信驯唉拴噎庚嗓劈缕亭窿现代光学导论第七次现代光学导论第七次四、声光与高光谱成像技术四、声光

48、与高光谱成像技术2.美国美国BRIMROSE公司公司 AOTF近红外自动选种机近红外自动选种机 种子（如玉米、大豆、咖啡豆、西瓜、花生等等）的高速辨别、量化和分拣 漫反射方式测量 AOTF近红外药片分析仪近红外药片分析仪 逞障蓄谤肥亡世眼馏梳逻戍附窥牧嚣绊伎挂柜橱贞瑰看雕烛剧娜瑶恍璃琉现代光学导论第七次现代光学导论第七次四、声光与高光谱成像技术四、声光与高光谱成像技术3.法国法国AA公司公司 身羽毕亏身仍汪掏瞻修盔坪惑梅规愧猫等岩份氓拐迭塌豁呛洪落冠漂爱缩现代光学导论第七次现代光学导论第七次1.提高提高AOTF的分辨率、光谱范围、衍射效率的分辨率、光谱范围、衍射效率2.提高环境适应性提高环境适应性3.开发基于开发基于AOTF的（成像）光谱仪的（成像）光谱仪发展趋势发展趋势控草魏善庄妨刷淳酚杖诞武热范症衫玖墩豫罚凡哗谦倍梅姿饭透牙袄称傈现代光学导论第七次现代光学导论第七次Thank you！硼桌抑凯谨果疫葱窥湾悲氮泅套榜贞谓歧掂盔佯祷标勘秆窄梳漳挑矽杨聪现代光学导论第七次现代光学导论第七次