Onderzoekers hebben een nieuwe beeldspectrometer ontwikkeld die veel lichter en kleiner is dan de modernste instrumenten met behoud van hetzelfde hoge prestatieniveau. Vanwege het kleine formaat en het modulaire ontwerp, het nieuwe instrument is klaar om deze geavanceerde analytische techniek naar luchtvaartuigen en zelfs planetaire verkenningsmissies te brengen.

Beeldspectrometers registreren een reeks monochromatische beelden die worden gebruikt voor zowel ruimtelijke als spectrale analyse van een gebied. Deze analytische benadering wordt veel toegepast op gebieden zoals atmosferische wetenschap, ecologie, geologie, landbouw en bosbouw. Echter, de grote omvang van de instrumenten heeft verhinderd dat het in sommige toepassingen wordt gebruikt.

In het tijdschrift Optical Society (OSA) Toegepaste optica , onderzoekers onder leiding van Ronald B. Lockwood van het MIT Lincoln Laboratory beschrijven hun nieuwe Chrisp compacte VNIR/SWIR imaging spectrometer (CCVIS). Het heeft een volume dat ongeveer 10 keer of meer kleiner is dan de meeste van de huidige apparaten. Een versie van de CCVIS is 8,3 cm in diameter en 7 cm lang, ongeveer zo groot als een blikje frisdrank.

De spectrometer is ontworpen om spectrale beelden op te nemen over golflengten van 400 tot 2500 nm. Dit omvat de zichtbare en nabij-infrarood (VNIR) en kortegolf nabij-infrarood (SWIR) delen van het spectrum.

"Ons compacte instrument vergemakkelijkt de toepassing van beeldspectroscopie voor een verscheidenheid aan wetenschappelijke en commerciële problemen, zoals de inzet op kleine satellieten voor planetaire verkenning of het gebruik van onbemande luchtsystemen voor landbouwdoeleinden, " zei Lockwood. "Wij geloven dat onze nieuwe spectrometer ook kan worden gebruikt om klimaatverandering te bestuderen, een van de meest opwindende toepassingen van een beeldspectrometer."

Een kleinere spectrometer maken

De meeste hedendaagse beeldspectrometers gebruiken een optische Offner-Chrisp-configuratie omdat deze een uitstekende controle biedt over optische fouten die aberraties worden genoemd. Echter, dit ontwerp vereist een relatief grote optische opstelling. De nieuwe CCVIS die door de onderzoekers is ontwikkeld, presteert ongeveer zoals de Offner-Chrisp-configuratie, maar met nieuwe optische componenten die een compacter ontwerp creëren.

Om de nieuwe CCVIS te maken, de onderzoekers gebruikten een catadioptrische lens die reflecterende en brekende elementen in één component combineert. Dit creëerde een compacter instrument terwijl optische aberraties nog steeds onder controle werden gehouden. De onderzoekers gebruikten ook een speciaal vlak reflectierooster dat is ondergedompeld in een brekend medium in plaats van in lucht. Dit rooster neemt minder ruimte in beslag dan een traditioneel rooster met behoud van dezelfde resolutie.

Eenvoudige productie

"De CCVIS gebruikt een vlak rooster in plaats van een concaaf of convex rooster dat moet worden vervaardigd met complexe elektronenstraallithografie of diamantbewerkingstechnieken, " zei Lockwood. "We hebben een fotolithografische microfabricagebenadering in grijstinten ontwikkeld die een eenmalige blootstelling gebruikt om het rooster te maken en die geen arbeidsintensieve verwerking van elektronenstralen vereist."

Om hun nieuwe ontwerp te testen, de onderzoekers demonstreerden de spectrometer met behulp van een laboratoriumopstelling. Hun experimenten bevestigden dat de CCVIS de verwachte prestaties had over het volledige gezichtsveld.

"Het compacte formaat van de CCVIS betekent dat er modules van kunnen worden gemaakt die kunnen worden gestapeld om het gezichtsveld te vergroten, "zei Lockwood. "Het maakt het ook relatief eenvoudig stabiel te houden zonder temperatuurveranderingen, zodat optische uitlijning, en dus spectrale prestaties, blijft onveranderd."

Als een stap in de richting van het uiteindelijke doel van een demonstratie in de ruimte, de onderzoekers zoeken financiering om een ​​volledig prototype te ontwikkelen dat grondig kan worden getest vanuit een voertuig in de lucht.