CN104165695A - 动镜偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动镜偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，包括依光路设置的起偏器(1)、第一Wollaton棱镜(2)、第二Wollaton棱镜(3)、检偏器(4)、傅里叶透镜(5)和焦平面探测器(6)。两块棱镜厚度相等、楔角相等、主截面相互垂直。经过第一棱镜(2)的光出射时被横向剪切成偏振方向相互垂直的两束光。本发明提供的成像光谱仪的FPA6上每一像点的光程差都随动镜变化即随时间变化，因此它应归类于时间调制型干涉***。它的优点在于可以获得较大的光程差，即较高的光谱分辨率。

Description

动镜偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪

技术领域

本发明涉及一种用于光谱成像的仪器，尤其涉及一种动镜偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，属于光谱成像领域。

背景技术

傅里叶变换光谱技术，或简称为傅里叶光谱技术，可以追溯到1880年发明的迈克尔逊(Michelson)干涉仪；虽然该发明的初衷是用于真空中光速的测量，但是它具备了现代傅里叶变换光谱仪的基本结构。1891年迈克尔逊明确指出，在双光束干涉仪的接收面上，由光程差变化引起的干涉强度变化等于被测光谱的傅里叶变换，从而奠定了现代傅里叶变换光谱仪的理论基础。在随后发展历程中，尽管傅里叶光谱技术的很多优点被人们揭示出来，但是由于高分辨率傅里叶变换光谱反演过程所需要的计算量非常大，因此直到20世纪后半叶，傅里叶光谱技术才随着数字计算机技术的发展逐步占据光谱技术、尤其是红外光谱测量领域的重要地位。特别是在1965年，J.W.Cooley和J.W.Tukey发明了快速傅里叶变换(FFT)算法并且把它应用于干涉光谱仪上，从而使高分辨率傅里叶变换光谱反演所需要的计算时间大大缩短，也使得傅里叶变换光谱测量技术的广泛应用成为现实。

傅里叶光谱技术发展到今天，已经不仅仅停留在针对简单的点光源或面光源的光谱测量。为了满足各种应用场合的需要，具有成像、高灵敏度、快速、宽谱段、高稳定性等功能或特点的傅里叶光谱技术也得到发展。虽然傅里叶变换光谱仪FTS(Fourier Transform Spectrometers)早在20世纪60年代就逐步进入实用化，但傅里叶变换成像光谱仪FTIS(Fourier Transform ImagingSpectrometers)的概念直到20世纪90年代初才随着遥感成像光谱技术的发展而被提出，并得到大力发展。因此可以认为傅里叶光谱技术仍然是一门年轻的科学。成像光谱技术是70年代末首先在美国提出并发展起来的，它具有图像和光谱合一的特点，其信息的分析处理集中于在光谱维上进行图像信息的展开和定理分析。在遥感领域，各国都将干涉型成像光谱技术作为重点发展方向。

傅里叶变换成像光谱仪在很多文献中又被称作成像干涉仪(imaginginterferometer)。按扫描原理划分，目前的傅里叶变换成像光谱仪大致可以划分为时间调制型(Temporarily Modulated)和空间调制型(Spatially Modulated)两大类。其中时间调制型需要安装动镜，光程差的变化受到一定的限制。

发明内容

为了克服现有技术的不足，解决好现有技术的问题，弥补现有目前市场上现有产品的不足。

本发明提供了一种动镜偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，包括依光路设置的起偏器、第一棱镜、第二棱镜、检偏器、傅里叶透镜和焦平面探测器。

优选的，上述第一棱镜和第二棱镜均为Wollaton棱镜，且两块棱镜厚度相等、楔角相等、主截面相互垂直。

优选的，上述第一棱镜使入射光产生角度剪切。

优选的，上述经过第一棱镜的光出射时被横向剪切成偏振方向相互垂直的两束光。

优选的，上述经过横向剪切后的两束光经过所述检偏器后振动方向相同。

本发明提供的成像光谱仪的FPA6上每一像点的光程差都随动镜变化即随时间变化，因此它应归类于时间调制型干涉***。它的优点在于可以获得较大的光程差，即较高的光谱分辨率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明偏振干涉光程差的计算原理图。

附图标记：1-起偏器；2-第一棱镜；3-第二棱镜；4-检偏器；5-傅里叶透镜；6-焦平面探测器。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

本发明的动镜偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪具体如图1所示，光谱仪包括依光路设置的起偏器1、第一棱镜2、第二棱镜3、检偏器4、傅里叶透镜5和焦平面探测器6。第一棱镜2和第二棱镜3均为Wollaton棱镜，且两块棱镜厚度相等、楔角相等、主截面相互垂直。第一棱镜2使入射光产生角度剪切。经过第一棱镜2的光出射时被横向剪切成偏振方向相互垂直的两束光。经过横向剪切后的两束光经过所述检偏器4后振动方向相同。

本发明的光路原理，它采用了两块厚度相等、楔角相等、主截面相互垂直的Wollaton棱镜。第一棱镜(Wollaston)2可以使入射光产生角度剪切。由Wollaton棱镜出射的被横向剪切的两束光分别为o光和e光，它们的偏振方向相互垂直，经过检偏器后振动方向相同，再经傅里叶透镜(FTL)5聚焦到FPA6上产生干涉。此***的干涉图案叠加在被测目标的图像上，类似于动镜迈克尔逊时间调制干涉成像***的情况。

当光线垂直入射(i＝0)时，即轴上光束，其光程差为：

l＝2(n_e-n_o)×tanθ×x  (1)

其中，x为入射光对光轴的中心偏移量，θ为Wollaston棱镜的楔角。

当光线以角度i入射时，即轴外光束，其光程差为：

$l=t\×\frac{n_e^2-n_o^2}{2n_o^2{n}_e}({\cos }^2\mathrm{\α}-{\sin }^2\mathrm{\α})\×i^2---\left(2\right)$

其中，α为入射面与第一块晶体的主平面的夹角。参照图1，当i很小时有：

$i\≈\sin i=\frac{\mathrm{\ξ}}{f}---\left(3\right)$

把(2)式带入(1)式，得到

$l=t\×\frac{n_e^2-n_o^2}{2n_o^2{n}_e}({\cos }^2\mathrm{\α}-{\sin }^2\mathrm{\α})\×{\left(\frac{\mathrm{\ξ}}{f}\right)}^2---\left(4\right)$

由式(4)可知，FPA6上的干涉点距原点的距离ξ与干涉光程差1之间不存在线性关系，即在FPA6面上不能沿着ξ方向产生等距离的干涉条纹，而是产生双曲线干涉条纹。因此不能像Savart或Sagnac组成的***那样实现推扫或窗扫。但是，可以利用图2所示的结构组成一个Wollaton凝视干涉成像***，它实际上就是一种时间调制干涉型光谱成像***。其关键之处在于：在凝视周期内，通过平行移动第二棱镜(Wollaston)3来同时改变每一个FPA6成像位置的干涉光程差，从而实现时间调制。

由图2可以推导出平行入射光线的光程差变化：

Δl＝[2(n_o-n_e)tanθ]×h

即光程差增量与Wollaston棱镜的偏移量h成正比。因此可以通过匀速平移第二棱镜(Wollaston)3来实现等光程差采样。

可以看出，本发明提供的成像光谱仪的FPA6上每一像点的光程差都随动镜变化即随时间变化，因此它应归类于时间调制型干涉***。它的优点在于可以获得较大的光程差，即较高的光谱分辨率。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种动镜偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于：所述光谱仪包括依光路设置的起偏器(1)、第一棱镜(2)、第二棱镜(3)、检偏器(4)、傅里叶透镜(5)和焦平面探测器(6)。

2.根据权利要求1所述的动镜偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于：所述第一棱镜(2)和第二棱镜(3)均为Wollaton棱镜，且两块棱镜厚度相等、楔角相等、主截面相互垂直。

3.根据权利要求2所述的动镜偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于：所述第一棱镜(2)使入射光产生角度剪切。

4.根据权利要求3所述的动镜偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于：所述经过第一棱镜(2)的光出射时被横向剪切成偏振方向相互垂直的两束光。

5.根据权利要求4所述的动镜偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于：所述经过横向剪切后的两束光经过所述检偏器(4)后振动方向相同。