Forscher haben ein neues kleineres, leichteres Design für weltraumgestützte bildgebende Spektrometer mit hoher spektraler Auflösung entwickelt. Diese bildgebenden Spektrometer mit hoher Dispersion könnten an Bord von Raumfahrzeugen oder Satelliten eingesetzt werden, um die Erdatmosphäre oder die Atmosphären anderer Planeten zu untersuchen.
James P. McGuire, Jr. vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien wird die neue Forschung auf der NASA vorstellen Optica Design- und Fertigungskonferenzdie vom 4. bis 8. Juni 2023 in Quebec City, Kanada, stattfinden wird.
„Dieses Spektrometer bietet die gleichen Messmöglichkeiten wie herkömmliche Designs, jedoch bei einem Zehntel der Größe und Masse und zu geringeren Kosten. Kleiner, leichter und billiger öffnen die Tür zu neuen Anwendungen und Märkten“, sagte McGuire.
Bildgebende Spektroskopie, auch Hyperspektralbildgebung genannt, erfasst Informationen über das gesamte elektromagnetische Spektrum für jedes Pixel im Bild einer Szene. Wenn es aus dem Weltraum durchgeführt wird, wird es typischerweise zur Beobachtung von Festkörpern oder Flüssigkeiten verwendet, was eine hohe räumliche Auflösung und eine niedrige spektrale Auflösung erfordert. Es besteht jedoch Bedarf an kleineren und leichteren weltraumgestützten bildgebenden Spektrometern, die atmosphärische Informationen sammeln, was eine hohe spektrale Auflösung und eine niedrige räumliche Auflösung erfordert.
In der neuen Arbeit beschreiben die Forscher bildgebende Spektrometerdesigns im nahen Infrarot (NIR) und im langwelligen Infrarot (LWIR), die dazu beitragen könnten, diesen Bedarf zu decken. Die Spektrometerdesigns kombinieren wünschenswerte Merkmale mehrerer bestehender Designs, darunter ein eingetauchtes Gitter, das die Gittergröße um den Brechungsindex reduziert, eine optische Littrow-Konfiguration, die vor und nach dem Gitter die gleichen Optiken verwendet, und ein Gitter auf einer sphärischen Oberfläche einfach die Korrektur eines optischen Fehlers, der als Petzval-Feldkrümmung bekannt ist. Gitter zerlegen weißes Licht in sein Farbspektrum.
Die Forscher entwickelten ein NIR-Bildgebungsspektrometerdesign, das einen Spektralbereich von 2302 nm bis 2370 nm mit 2.048 Spektralpixeln und 512 räumlichen Pixeln bei einer Blende von f/1,9 abdeckt. Unter Verwendung verschiedener Materialien entwickelten sie außerdem eine LWIR-Version, die 8 μm bis 12 μm mit 1536 Spektralpixeln und 256 räumlichen Pixeln bei f/1,7 abdeckt.