空间光谱成像及集成光学薄膜技术发展现状

王多书，李得天，范 栋，王济洲，董茂进，方东梅

（1.兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点实验室，兰州 730000；2.甘肃省民勤县人民医院，甘肃 武威 733300）

0 引言

地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射电磁波，不同物体的电磁波特性是不同的，因而，不可避免的携带有物体的多种信息，包括物体的成分、颜色、状态等。遥感就是借助遥感平台通过探测地表物体反射或发射的电磁波，进而提取物体的信息，最终实现远距离物体识别。按平台高度通常可分为空间遥感、航空遥感和地面遥感。空间遥感以人造地球卫星、飞船、空间站等作为平台，利用遥感载荷对地球和低层大气进行光学和电子观测。空间遥感技术在地球资源探测、地震火山预测、环境污染监测以及冶金、地质、石油、农业、林业、水利、测绘、气象、海洋等各领域有着广泛的应用[1]。

空间遥感主要有空间微波遥感和空间光学遥感。微波遥感具有全天候特点，能穿过云层，还可以探测地下结构，在气象数值预报、灾情监测与预报、全球和区域性环境评估与监测、国家安全、军事环境监测、背景目标识别、导弹制导、军事预警、电子对抗等高科技中起着十分重要的作用。相对于空间微波遥感，空间光学遥感技术发展更早，虽然受天气、昼夜等因素影响较大，但具有分辨率更高以及更直观等特点，在环境监测、资源开发、减灾防灾、农林调查、城市规划等方面具有广泛应用。特别是随着全谱段多光谱[2]（高光谱甚至超光谱）成像技术的发展，空间光学遥感技术在国家安全、农业、灾害、资源及环境等方面的应用将越来越广泛。

空间光学遥感是利用地球卫星等航天器平台，借助空间成像光谱仪等光学有效载荷，通过接收地物发射或反射的光谱信息，从中提取地物信息的一种遥感技术。能在大气中较好传播的光波波段被形象地称为“大气窗口”，通常空间光学遥感适用的大气窗口主要有四个[3]：（1）0.3～1.3 μm波段，包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段，该波段属于地面物体反射光谱，可用于摄影（胶片感光）、扫描成像等；（2）1.3～2.5 μm波段，属于短波红外波段，也属于地面物体反射光谱范围；（3）2.5～4.2 μm波段，属于中波红外波段，既包含了地面物体的热辐射光谱，也包含了地面物体的反射光谱；（4）8～14 μm波段，属于长波红外波段，是地面物体本身的热辐射，在研究大气热平衡中起重要的作用。该窗口的地面热图像可以从空间拍摄，不受散射的太阳光干扰。与之相对应的空间光学遥感技术主要有紫外遥感、可见光遥感及红外遥感技术。不同窗口对应不同的地物特征，概括起来讲，紫外遥感主要用于研究大气的紫外传输特性和大气中破坏臭氧层的化学组分动态变化、大气中高速运动物体如火箭、喷气飞机等的探测及其冲击波特性。可见光遥感主要可获得气象、农作物生长和地下矿藏等方面的资料，包括植物分辨、农作物健康状况研判等，还可用于确定土壤和地理边界。红外遥感应用非常广泛，主要包括植被的探测分类与评估、旱情和作物生长态势探测、水陆分界线勾画、土壤水含量测量、区别岩石种类、区别地面的冰和雪、岩石水热蚀变带探测、植物生长态势及健康状况鉴别等。部分短波和长波红外波段还可用于绿色军事伪装识别、地面火灾及高温目标探测与评估、军事集结与其活动探测识别等。除空间应用外，光谱成像还可用于生物医学检测、矿产安全监测分析、食品安全检测分析等。

空间光学遥感技术包括光学遥感系统和图像处理技术两大方面，鉴于空间集成光学薄膜技术主要用于空间光谱成像系统，因此文章重点介绍空间光谱成像技术。

1 空间光谱成像技术发展现状

空间光谱成像在原有目标二维空间信息基础上同时采集光谱特性、偏振特性等多维信息，能够大幅提高对目标的探测和辨别能力。通常情况下，主要包括目标光谱特性研究、信息获取设备以及图像处理判读。

1.1 空间光谱成像系统[3]

典型的空间光谱成像系统主要有光学相机、扫描成像仪以及光谱成像仪等，按照光谱分辨率不同，光谱成像仪可分为多光谱成像仪（Multi-spectral，分辨率0.1λ）、高光谱成像仪（Hyper-spectral，分辨率0.01λ）以及超光谱成像仪（Ultra-spectral，分辨率0.001λ）。目前我国空间光谱成像仪仍主要处于多光谱成像仪研制阶段，部分实现了空间应用。光谱成像仪多属于被动探测设备，按照工作方式不同，主要有凝视光学成像和扫描成像两类，通常有光学相机、扫描成像仪（主要包括红外扫描仪和多光谱扫描仪）、成像光谱仪以及光谱遥感仪等[4]。光谱成像仪基本组成包括光学会聚单元、分光单元、探测与信号预处理单元以及信息记录或传输单元。

（1）光学相机

光学相机是应用最早的一类遥感设备，采用感光胶片实现遥感信息记录。按照工作方式不同主要发展了分幅式多光谱相机、全景相机以及狭缝式相机三种。

分幅式多光谱相机由滤光片和感光胶片组合而成，拍照时相机光轴指向不变，通过启动快门将视场内景物聚焦到感光胶片上，分为多相机型、多镜头型和单镜头光束分离型相机等几种类型。多相机型相机实际上由多部相机构成，每部相机通过不同工作波段滤光片确定各自工作谱段，拍摄时所有相机对准同一目标，操控装置控制实现同步，因而可以得到同一目标不同波段的图像，这种相机信息量大，信息利用率高，但体积大，结构复杂。多镜头型相机采用同一相机平台，但使用不同镜头，每个镜头配有不同工作波段滤光片。所有镜头使用同一感光胶片，因而在工作时同一胶片可记录多个小幅画面，每个小幅画面对应不同波段的图像信息。这种相机各波段图像几何位置配准较难，且同一胶片很难适应多波段要求。单镜头光束分离型相机采用了分光装置，将入射光分解到不同胶片上实现成像记录，由于入射镜头一致，因而可实现对同一景物的不同波段成像，优点是图像对准精度高，不存在快门同步、光轴不平行等问题，信息量多且利用率高，缺点在于光谱能量有损失，光强有所减弱。分幅式相机最大特点是拍摄的照片几何关系较严格，常用于目标定位，空间分辨力高，图像清晰质量好，但实时性差，工作波段数不多，如果采用固体成像器件代替感光胶片，可以在损失空间分辨力的情况下实现实时远距离传输。

全景相机同样采用感光胶片记录图像，在物镜焦平面前设置一条与航天器飞行相同方向的狭缝，物镜在航向垂直方向上摆动扫描，随着相机载体运动，可以获得地面上系列图像。由于物镜摆幅很大，相机拍摄覆盖范围很宽，但像距固定，物距随摆动不断变化，导致航向两边图像相对于相机正下方图像产生明显的全景畸变，鉴于此，全景相机常用于军事侦察、发现和识别目标，而不用于精确定位。

狭缝式相机也采用一条狭缝，但是其方向与航天器飞行方向垂直且光轴指向不变，通过物镜可以在感光胶片上获得一幅狭长地面图像。设置感光胶片卷动速度与狭长图像移动速度（与飞行速度相关）相同，可以获得连续的地物系列照片。

（2）扫描成像仪

相对于传统光学相机，扫描成像仪通过扫描装置扩大了光学视场，现有的扫描成像仪主要有两种扫描装置，一种是基于机械控制的光机扫描，另一种是基于探测器阵列的电子扫描。早期的扫描仪是一种单波段工作的光机扫描型成像设备，主要工作在红外波段。此后利用分光装置将红外波段分成几个窄波段，从而发展出了红外多光谱扫描仪。随着长线阵（或面阵）CCD及红外焦平面阵列探测器的出现，光机扫描改为电子扫描，又发展出了推扫式扫描成像仪、成像光谱仪等。

红外扫描仪由光机扫描装置、光学成像系统、红外探测器、信号处理与记录传输等部分组成。采用物平面二维扫描方式成像，光机扫描装置实现平台航向垂直方向扫描，扫描仪随平台飞行实现航向拍摄。光机扫描装置由扫描镜和一系列反射镜、抛物镜等构成，扫描镜做高速机械转动，转动过程中可以将航向垂直方向与探测器像元等效宽度的一行地面图像反射进入成像系统成像，速高比是其扫描地域图像是否有效衔接的关键性能参数。由于扫描仪可实现地面二维平面扫描，且其航向可持续延伸，因而可输出一幅地面宽度一定而长度很长的图像。红外扫描仪主要用于机载，有较宽的观测视场，侦察效率较高，但空间分辨力较低，因而比较适用于对未知较大范围地域的大型目标侦察。

多光谱扫描仪是在红外扫描仪基础上发展起来的，工作原理与红外扫描仪相似，只是在原来单波段基础上，增加分光装置，细分了工作波段。按照扫描方式不同，多光谱扫描仪先后发展出了光机式多光谱扫描仪和推扫式多光谱扫描仪。光机式多光谱扫描仪只是在红外扫描仪基础上增加了分光装置，将原来单波段细分至若干窄波段，分别聚焦进入不同探测器，从而可实现对同一地面目标的不同谱段成像。相对于单波段扫描仪，多光谱扫描仪结构复杂、体积质量都增加，但获取的信息量也大幅增加。推扫式多光谱扫描仪采用长线阵探测器，用电子扫描方式成像。长线阵探测器在航向垂直方向排列，地面目标信号经过光学系统聚焦后在探测器成像，探测器每个敏感元对应于地面目标的一个观测单元，因而探测器长度、宽度以及扫描仪距地面的高度决定了地面目标的观测范围。扫描仪随飞行器飞行过程中，垂直航向的地面一行观测单元图像可以通过探测器电子扫描获得，随着飞行拍摄过程持续，可以在飞行方向上获得一系列幅宽与探测器长度等效的地面目标图像。使用分光装置将入射光谱分成几个波段并分别在不同线阵探测器实现成像，可以获得不同谱段的地面目标图像。相对于光机扫描，推扫式多光谱扫描仪更先进，具有可靠性高、噪声低、畸变小、体积小、质量轻、功耗低等一系列优点。

（3）成像光谱仪

多光谱扫描仪虽然已经实现了多个波段的成像，但是光谱分辨力仅为几十到几百纳米，相对于地面物质超精细识别所需的5～10 nm的光谱分辨力要求，仍然无法满足。为获得更高的光谱分辨力，发展出了成像光谱仪，光谱分辨力大幅提升。成像光谱仪是在扫描仪等传统的成像技术、光谱分光技术、大线阵和大面阵探测器基础上发展起来的，其分光装置将入射光波分成几十个甚至上百个窄波段分别成像，每个波段均可对同一地面目标采样点成像，随着窄波段数增加，采样点获得的光谱几近连续，因而可以获得按光谱顺序排列的地面目标的“像立方”，通过像立方不仅可以获得地面目标某一波段的成像图，还可以得到某个地面目标的近连续光谱图，其所含信息量极为丰富。按照工作方式不同，成像光谱仪主要有两种，刷扫式成像光谱仪和推扫式成像光谱仪，

刷扫式成像光谱仪采用光机扫描和光谱分光相结合的方式，获取地面图像的方式与红外扫描仪相似，光机扫描获得的地面物点信号经过分光装置色散后分别入射到位于焦面的线列探测器敏感元上，不同敏感元获得不同波段的信号，敏感元越多则获得的波段数越多。光机扫描获取的是飞行方向上与飞行器同一相对位置的地面一定幅宽的不同物点的图像，通过探测器电子扫描可获得地面同一物点不同波段的图像。随着飞行器飞行，可在飞行方向上获得地面一定幅宽内不同物点的不同波段的图像。刷扫式成像光谱仪总视场可达90°，图像配准也很好，但光机式扫描缩短了对地面像元的拍摄时间，因而探测灵敏度很难提高。

推扫式成像光谱仪没有使用光机扫描，采用了面阵探测器与分光相结合的凝视方式实现对地面物点光谱成像，分光采用光栅或者迈克尔逊干涉仪。与推扫式多光谱扫描仪相似，光学系统一次可对与飞行方向垂直的一条宽幅窄带的地面物点进行成像。面阵探测器的不同维度的像元分别对应不同物点和不同谱段，地面物点经光学系统直接成像于探测器与飞行方向垂直的一维像元上，不同物点对应不同像元，而同一物点光信号经过分光后形成不同波段信号并成像于探测器另一维像元上，形成光谱像。随着平台飞行，可对地面一宽幅目标进行凝视式光谱成像。由于采用面阵探测器，像元数多，因而推扫式成像光谱仪空间分辨力及光谱分辨力都很高（可达1 nm），另外还具有探测时间长、信噪比高、结构简单、体积小、质量轻等优点。但是，面阵探测器像元性能的均匀性会制约其图像质量，大视场凝视光学系统设计难度大也会影响该类成像光谱仪的总视场大小。

（4）光谱遥感仪

光谱遥感仪主要用于获取不同物质的光谱特性信息。任何物质都发射或反射与自身结构特性相关的特征光谱，光谱遥感仪将某种物质的特征光谱作为波长的函数测量和记录下来，并同已知物质的光谱作比较，即可鉴别出该物质的存在并判断其种类。通常由会聚光学系统、分光器、光电探测器以及数据记录器等组成，目标特征光由会聚光学系统聚焦进入分光器，从时间或空间上将入射光按波长分开，各波长的光分别进入对应的光电探测器转换为电信号，以此作为初始的光谱数据，光谱数据被记录后再做进一步处理。按照光谱分辨能力的大小，光谱遥感仪有粗分光谱遥感仪和细分光谱遥感仪两类。粗分光谱遥感仪分解出的波段相对较宽，不连续，用于测量工作谱段内的地物反射率，一般采用滤光片实现分光。细分光谱遥感仪可测量地物连续光谱反射率特性，描绘地物光谱细节，通常采用光栅或迈克尔逊干涉仪实现分光。

综合以上分析结果和对现有资料分析后可以看出，空间光谱成像技术发展呈现以下趋势：1）信号探测单元从胶片向探测器方向发展，探测器逐步向长线阵甚至大面阵方向发展[5]；2）分光方式先后经历了相机系统分光、滤光片分光、光栅分光和迈克尔逊分光，波段细分程度逐步提高；3）工作谱段从原来的可见范围逐步向紫外、红外区域延伸，目前已经覆盖了紫外、可见、近红外、短波红外、中波红外以及长波红外[6]；4）光谱分辨力越来越高，逐步由单纯几何成像向几何形状图像与光谱特征综合的方向发展。

2 空间集成光学薄膜技术发展现状[7]

综上所述，对入射光进行分光是各类成像光谱仪正常工作的关键。截至目前，各类成像光谱仪采用的分光方式主要有光学薄膜分光、光栅分光以及迈克尔逊干涉分光，对应于不同的分光要求。相比较而言，迈克尔逊干涉分光光谱分辨能力最高，可达0.01 cm-1，但其系统也最复杂，质量较大，通常用于超精细分光中；光栅分光光谱分辨能力较高，可小于1 cm-1，获得比较精细的光谱数据，是目前高光谱分辨力成像光谱仪使用最普遍的分光方式，其系统较简单轻便，但衍射极限限制了光栅光谱分辨力的进一步提高；光学薄膜分光最简单，通常只需要一片或几片滤光片即可完成，但由于制作工艺限制，超精细光谱分辨能力实现较难。随着成像光谱仪的不断发展，采用光学薄膜分光的技术也不断发展，由最初的分色片、单通道滤光片等模式已经发展到目前的多通道集成分光模式，先后出现了如线性渐变滤光片、组合滤光片等集成光学薄膜技术，针对空间使用要求，已有的集成光学薄膜技术还需经历空间环境的严酷考验才能够胜任。

从国内外空间集成光学薄膜技术发展来看，先后经历了不同的集成方式，总体有以下几种形式，包括法珀腔式集成、膜系调整式集成以及滤光片拼接式集成。

2.1 法珀腔式集成

在特定的法珀腔膜层结构条件下，实现某通道透过。通过调整膜层参数，可以实现不同通道透过。主要有两种方式：

（1）基于法布里-珀罗标准具的多通道集成

采用法布里-珀罗标准具的方法[8]，两层金属薄膜夹在三层厚度比较大的介质之间，介质是透明的，如果其折射率存在波长色散，则可能构成一个多光谱带通滤光片（诱导透射滤光片）。如果将金属反射层用（HLH）M型介质膜堆来代替，间隔层厚度变薄，成为介质膜层，就可能在某个有限波长范围内形成全介质型的多通道滤光片，如图1、图2所示。

图1 防激光损伤的多通道滤光片示意图Fig.1 Schematic diagram of multi-channel filter for laser damage prevention

图2 防激光损伤的多通道滤光片透射特性示意图Fig.2 Schematic diagram of transmission characteristics of anti-laser damage multi-channel filter

（2）液晶法珀式集成[9-10]

法珀腔内间隔层采用液晶材料，按照法珀腔工作原理，某窄带通道可以透过，如图3所示。使用时，对液晶材料施加电压，改变其指向矢，进而改变光波位相，实现对于窄带通道位置的调整。在一定范围内调节电压值可实现光谱通道的扫描。

图3 多通道液晶法珀滤光片工作原理图Fig.3 Principle of multi-channel liquid crystal Fabry-Perot filter

2.2 膜系调整式集成

（1）多层膜组合式集成[11-12]

在基底一面镀制可同时通过多个窄带通道的多层膜系，而在其另一面的不同位置镀制选择膜系，从而实现所需通道透过，如图4所示。通常选择膜系采用长/短波通结构，由于多层膜系能够实现的窄带通道数有限，因而多层膜组合式集成通道数通常比较少，不适于密集通道使用。

图4 多层膜组合式集成光学薄膜示意图Fig.4 Schematic diagram of multilayer composite optical film structure

（2）线性渐变式集成[13-14]

采用F-P结构形成通带（或者采用长/短波通膜系结合模式），镀制过程中利用掩模实现在基底某方向上膜层厚度的线性变化，从而实现通带中心波长位置在该方向线性变化，形成近似连续分布的光谱通道。线性渐变滤光片制备工艺实现相对简单，但通带比较宽，陡度较难保证，难以做到光谱细分，很难实现宽谱段应用，如图5所示。

图5 线性渐变滤光片性能曲线Fig.5 Linear variable filter performance curve

（3）可分离掩模集成[15-17]

镀制膜系前先在基底上制作出可分离掩模，在镀膜过程中用掩模来限定薄膜沉积的区域以得到所需的膜系，从而在不同位置镀制出不同的窄带膜系。制作过程如图6所示。这种方法在同一基底上可以制备不同的窄带通道，但工艺相对复杂，各通道膜系要依次制备，掩模制备质量、膜系制备结果都会影响最终结果，难度比较大，加之制备过程不可避免的要经历掩模清洗过程，对于各膜层的材料种类及镀制工艺有明显的限制，因而实用效果并不好，尤其是对膜层质量要求很高的空间应用，其可靠性很难保证。

图6 掩膜分离法制备多通道集成滤光片的工艺示意图Fig.6 Schematic diagram of preparing process of multi-channel filter by mask separation

（4）组合刻蚀式集成[18-20]

该方法基于法珀腔窄带滤光片结构，制备过程中滤光片间隔层两侧的膜系相同，先制备下反射膜堆和一定厚度的间隔层，再通过多次掩模刻蚀的方法在不同位置得到不同的间隔层厚度，获得一系列不同厚度的间隔层阵列，在间隔层上面再制备上反射膜堆。由于不同位置的间隔层厚度不同，对应的窄带中心波长也不同，因而可以制备出不同的窄带通道。该方法的最大特点是利用巧妙设计的组合掩膜版，在同一基底上可以制作出多个不同位置的通道，但制作工艺比较复杂，加之刻蚀过程控制难度大，因而膜层的制作精度很难提高，最终影响了该类滤光片在空间的应用。制作过程如图7所示。

图7 组合刻蚀法工艺示意图Fig.7 Schematic diagram of combined etching process

（5）组合镀膜式集成[21]

组合镀膜式集成方法与组合刻蚀式方法相似，都是基于法珀窄带滤光片的结构，上下反射膜系制备方法相同，不同之处在于间隔层的制备，刻蚀法先镀间隔层，再套刻形成不同厚度间隔层，而组合镀膜法则采用掩模遮挡的方式，在不同位置通过镀膜的方法制备出不同厚度的间隔层，制作过程如图8所示。该方法多次采用掩模镀制间隔层，工艺相对比较复杂，制作周期较长，间隔层附着性不好掌控，制作难度较大，实用性不足是影响其广泛使用的主要因素。其方法可以制作单腔式法珀集成滤光片，也可以制作多腔式法珀集成滤光片[22-23]，制作工艺基本相同，需要多次重复制作间隔层和中间膜系结构。多腔结构法珀集成滤光片具有更好的通带性能，比如矩形度好、波纹系数好等，但是制作周期明显变长，制作难度大，限制了其应用。

图8 组合镀膜法制备工艺示意图Fig.8 Schematic diagram of composite coating process

2.3 拼接式集成

拼接集成采用胶黏方法将多个通道窄带滤光片粘接在一起形成多通道集成滤光片，先后发展出了双衬底拼接型、单衬底拼接型及无衬底拼接型三种。

（1）双衬底拼接集成

双衬底拼接将窄带滤光片并列粘接在两块光学衬底材料中间，衬底材料对于所有通道都透明，非透光区域采用镀铬膜的方式进行挡光，该类滤光片体积较大，无法与现有的阵列探测器集成，制作工艺复杂，对拼接精度要求很高。另外，黏接胶也存在不同程度的吸收，因而提高各通道透射率较困难，尤其是普通黏接胶空间环境适应性差，制约了空间应用。优势在于集成后滤光片机械强度容易保证，对于空间应用的发射振动具有较强的适应性。图9是双衬底七通道集成滤光片示意图[24]。

（2）单衬底拼接集成[25]

在光学衬底上采用镀膜（通常为铬膜）刻蚀方法制作出多个通道的通光孔，各通光孔分别粘贴窄带滤光片，窄带滤光片侧面涂有防止光串扰的黑漆层。该类滤光片省去了一面衬底，各通道透射率有所提高，制作工艺也有所简化，但黏接胶吸收的问题仍无法避免。图10为单衬底拼接集成滤光片示意图。美国在Landsat系列卫星上采用的集成滤光片即采用该种方案，波段涉及可见至长波红外。

图9 双衬底七通道拼接集成滤光片示意图Fig.9 Schematic diagram of double splicing substrate sevenchannel integrated filter

图10 单衬底拼接集成滤光片结构示意图Fig.10 Schematic diagram of single splicing substrate integrated filter

（3）无衬底拼接集成[26-27]

有衬底拼接集成滤光片对于基板和黏接胶的透光性要求很高，目前我国还没有从可见到长波红外都透明且能满足空间环境要求的黏接胶。为了解决这些问题，兰州空间技术物理研究所研制出了一种无衬底拼接集成滤光片如图11所示。将窄带滤光片沿侧面拼接集成，省去了衬底，黏接胶与衬底对于透光性能的影响不再是问题。同时，由于每个滤光片的制作都是独立且不相关的，因而成品率明显提高。无衬底拼接对于拼接精度要求较高，拼缝宽度、拼缝平行度以及各滤光片共面度都要达到微米量级。另外，基片加工及拼接精度限制了其能够集成的通道数，很难实现密集通道集成，但后续发展的大面阵阵列滤光片或许可以解决该问题。先后研制了可见至长波红外的2通道、3通道、4通道、8通道、10通道以及16通道的系列多通道集成滤光片，最小拼缝宽度达到10μm，拼缝平行度14″。研发的特殊拼接工艺既实现了耐空间环境又能防止拼缝漏光，研制产品如图11（b）所示，集成滤光片采用了中波及长波红外窄带滤光片，中波最小带宽200 nm（中心波长4.95μm），长波最小带宽380 nm（中心波长8.2μm），低温条件透射率均超过90%，目前已实现空间应用。图12给出了实测光谱。图13给出了可见及近红外10通道集成滤光片产品及光谱，通带宽度20 nm左右，透射率在90%以上。

图11 无衬底拼接集成滤光片Fig.11 No splicing substrate integrated filter

图12 无衬底4通道红外集成滤光片光谱曲线Fig.12 Transmission spectrum curves of four-channel infrared integrated filter without splicing substrate

图13 无衬底10通道可见及近红外集成滤光片图Fig.13 No splicing substrate ten-channel visible and nearinfrared integrated filter

除多通道集成模式外，还有一种基于光子晶体概念的多通道滤光器，由于缺陷层的存在，导致在光子禁带中出现光子允带，基于此可以得到多通道光子晶体[28]，目前已经有相关产品被研制出来[29-31]。

3 总结与展望

论文介绍了空间光学遥感技术的应用及发展现状，重点分析了空间光谱成像技术发展趋势，概括起来主要表现为：（1）信号探测单元从胶片向探测器方向发展，探测器逐步向长线阵甚至大面阵方向发展；（2）分光方式先后经历了相机系统分光、滤光片分光、光栅分光和迈克尔逊分光，波段细分程度逐步提高；（3）工作谱段从原来的可见范围逐步向紫外、红外区域延伸，目前已经覆盖了紫外、可见、近红外、短波红外、中波红外以及长波红外；（4）光谱分辨力越来越高，逐步由单纯几何成像向几何形状图像与光谱特征综合的方向发展。从工作方式、工作谱段以及探测单元类型等方面，详细分析了各类空间应用的光谱成像仪及其发展现状。

在上述分析基础上，详细介绍了空间集成光学薄膜技术发展现状。综合来看，空间集成光学薄膜主要有法珀腔式集成、膜系调整式集成以及拼接式集成三种类型。其中，法珀腔式集成制作工艺相对简单，但工作通道数少，且法珀腔体积较大，很难与探测器集成，在空间光谱成像系统中应用的可行性较低。膜系调整式集成，工作通道数较多，甚至可以做到密集，通带性能也可以做得很好，但光谱性能提升需要复杂的制备工艺来保证，制备工艺复杂必然导致成品率低，可靠性不高，因而该技术虽有非常好的光谱性能优势，但复杂的制备工艺是限制其空间应用的主要问题。拼接式集成方式制作工艺相对简单，成品率和可靠性较高，虽然制作密集通道的难度较大，但通常使用的十几到几十通道集成滤光片的制作尚可实现，是未来发展方向之一，但由于尺寸限制，微尺寸应用难度很大。

另外，从探测器发展情况可以预见，未来空间集成滤光片也会呈现的发展趋势有：（1）空间光学系统分光方式逐渐由系统分光向焦平面集成滤光片分光方式发展，因而集成滤光片将成为未来空间光谱成像广泛应用的器件；（2）探测器分辨率越来越高，且逐渐由线阵发展为面阵，集成滤光片通道数需求将会越来越大，同时也会呈现由线阵拼接向面阵拼接方向发展，大面阵多通道集成滤光片是未来发展趋势；（3）集成滤光片的工作谱段也会由目前的少数谱段向可见至长波红外全谱段拓展。