討論和理解用于地球觀測的濾光片

　　大型、高度均勻的收集光學元件

　　如果目標成分的光譜波段極窄或光譜接近“背景”波段，或者信號相對于背景的貢獻很小，則可能需要提供增強波長選擇性的大型窄帶通濾波器(NBPF)。

　　其中一種應用是從軌道上測量或映射閃電，這需要在大視場上具有高波長選擇性。閃電可以通過觀察777.4nm處的窄原子氧三重態線來研究(參考MeteoSAT LI)。

　　然而，確切地知道雷電將在何時何地發生是具有挑戰性的，因此需要一個非常大的探測器區域來保持這種非常窄的波長選擇性。這就需要極其均勻、狹窄的濾光片。益瑞電已經展示了在直徑>125 mm的工作通光孔徑上生產這種以目標波長20 pm為中心的NBPF的能力。

　　圖1.CWL在125 mm直徑上的空間變化顯示出高度均勻的大NBPF。來源：益瑞電光譜技術

　　具有如此高精度和“視場”的儀器的好處必須與制造這種大型復雜濾光片和相關光學元件的重量和成本增加相抵消。

　　緊湊/多光譜成像

　　為了最大限度地降低每條“科學線”的重量和成本，一些EO成像系統試圖通過使用單個探測器覆蓋多個感興趣的光譜波段，將盡可能多的科學納入一臺儀器中。這種多光譜成像(MSI)導致了對濾波器陣列的需求，其中光譜性能可以在整個部件的空間上變化。

　　圖2.10個BPF的多光譜陣列(根據ABB加拿大公司為加拿大航天局空間技術開發計劃的分包合同開發)。來源：益瑞電光譜技術

　　通過使用具有這種多區域結構的濾光片，探測器上的各種像素波段將對各種光譜波段敏感，因此可以評估各種成分或感興趣的現象。

　　多區域/多光譜濾波器(MZF或MSF)陣列的制造可以通過使用屠夫塊結構來完成，其中制造，分離并固定成一個陣列的各種濾波器;或通過在單片基板上圖案化(通過掩蔽)各種光譜帶。通過將組裝和圖案組合在單個濾波器陣列上，混合方法也是可行的。

　　屠宰塊 MZF 陣列通過避免復合涂層運行產量，提供了簡化涂層工藝的優勢;濾光片制造商只需要在任何給定的基板上涂覆單個帶，這是大多數“傳統”光學濾光片制造中使用的方法。

　　當要評估多個(>4或5)目標條帶或單個濾波帶的復雜性升高時，Butcher塊陣列可能是一個很好的選擇，這促使過濾器涂層厚度增加并降低運行成功率。

　　圖案化的MZF陣列具有產生幾乎任何形狀或大小的光譜帶(不僅是肉塊中的條紋或矩形)的潛力，并在過渡區的大小方面有了相當大的改進(2倍或更多)。

　　使用圖案化陣列限制良好像素的損失可能是有利的，因為過渡區下的像素通常不可用于分析。此外，在單片基板上涂覆可以規避與不同光譜帶之間的對準公差相關的挑戰。

　　高空間和光譜分辨率

　　通過限制與目標頻段相關的濾波器帶寬，可以加強對“科學線”的更大區分。在MSI應用中，光譜分辨率的這種增強意味著空間分辨率的損失，因為它縮小了任何單個波段的信噪比(減少總光)和孔徑尺寸(可用像素)。

　　相比之下，如果使用覆蓋整個可見光譜的寬帶全色(PAN)濾光片，則這些像素處總光的增加可提供增強的空間分辨率。對于 Landsat 8，PAN 波段具有更高的空間分辨率(15 m 對 30 m)，是其他光學頻段的兩倍(見表 2)。

　　通過“PAN銳化”將PAN和波長選擇波段結合在一起，可以應用陣列來準確映射特定信號的來源以及信號所代表的內容。

　　堅固可靠的光學元件

　　如果系統在軌道上無法承受使用條件，那么運行帶有高分辨率光學濾光片的系統就沒有價值。

　　通過對沉積工藝(濺射或增強蒸發)和材料的嚴格控制，經驗豐富的制造商可以創建具有出色密度和附著力的光學濾光片，以承受濕度和溫度波動的典型地面要求，而不會隨著使用或時間而改變或退化。

　　典型的可靠性規格包括：

　　· 在以下情況下，光譜性能沒有變化或表面質量沒有下降：

　　o 24 小時濕熱暴露(95% 相對濕度;49 °C))

　　o -60 至 70 °C 的熱循環/沖擊測試

　　· 膠帶和摩擦附著力測試

　　一旦這些濾波器和濾波器陣列進入軌道，它們可能還需要承受極端溫度范圍(低至70 K)以及地球大氣通常過濾掉的太陽和電子輻射。部署在這些環境中的過濾器和濾波器陣列可能需要進一步的專門測試，以確認它們能夠在苛刻的操作環境中生存。