CN107894283A - 宽光谱范围f‑p可调谐滤波器多级透射峰的抑制方法 - Google Patents
宽光谱范围f‑p可调谐滤波器多级透射峰的抑制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107894283A CN107894283A CN201711000670.3A CN201711000670A CN107894283A CN 107894283 A CN107894283 A CN 107894283A CN 201711000670 A CN201711000670 A CN 201711000670A CN 107894283 A CN107894283 A CN 107894283A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tunable optic
- spectral range
- fabry perot
- transmission peaks
- optic filters
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 abstract 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000000205 computational method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/2823—Imaging spectrometer
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种宽光谱范围F‑P可调谐滤波器多级透射峰的抑制方法。该方法具体是指根据高光谱遥感覆盖的波段,通过合理划分Fabry‑Perot可调谐滤波器的工作光谱范围,并确定Fabry‑Perot腔的腔长变化区间,来消除Fabry‑Perot腔多级透射峰的影响,使Fabry‑Perot可调谐滤波器在[λmin,λmax]内只存在单一透射峰,确保Fabry‑Perot可调谐滤波器的波长扫描模式满足高光谱成像应用要求。本发明可以有效扩展基于空间遥感应用的Fabry‑Perot可调谐滤波器的工作光谱范围,加速高光谱、超光谱成像设备的小型化和轻量化。
Description
技术领域
本发明涉及基于高光谱遥感应用的光谱调控技术,特别涉及一种F-P可调谐滤波器在宽光谱工作范围内多级透射峰的抑制方法。
背景技术
高光谱遥感是成像技术和光谱技术有机结合,能在获取观测对象二维空间几何信息的同时,以高光谱分辨率获取目标的光谱信息,具有强大的信息获取和特征识别能力[1]。近年来,随着无人机和深空探测技术的飞速发展,高光谱遥感技术应用对成像光谱仪的小型化和轻量化提出了更高的要求。
分光技术是高光谱遥感技术中的核心关键技术之一,目前高光谱成像仪普遍采用棱镜或光栅分光[2-5],分光***占据空间较大,导致整机的重量较重,因此简化分光***可以大大加速成像光谱仪的小型化和轻量化进程。
法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot Interferometer,FPI)是利用多光束干涉原理进行光谱选择的分光器件,是超精细光谱结构分析的有效工具,广泛应用于光谱分析和激光技术等领域[6]。Fabry-Perot(F-P)可调谐滤波器(Tunable Fabry-Perot Filters,TFPF)利用FPI的通带波长可随F-P腔的腔长变化的特点,采用时间调制方法进行光谱调控,实现不同光谱通道的选择。TFPF主要由平行放置的内表面镀有高反射率膜层的两块透明平板组成,平板之间的空气间隙利用微小的压电陶瓷块调节。TFPF构型扁平,结构紧凑简单,体积小,重量轻,在光谱成像***中使用时可以放置在平行光路里,也可直接置于探测器前。采用TFPF分光可大大简化高光谱成像仪的分光***,大幅降低高光谱成像仪的体积、重量和功耗。
众所周知,F-P腔存在固有的多级透射峰问题,即对应于每个腔长都存在多个透射峰。然而,在高光谱遥感成像的实际应用中要求TFPF在某一特定较宽的工作光谱范围(≥500nm)内每个腔长只对应一个通带波长。如何在需要的工作光谱范围内消除F-P腔多级透射峰的影响,是TFPF能否在高光谱遥感中顺利获得应用的关键。
参考文献
[1]F.A.Kruse.Use of airborne imaging spectrometer data to mapminerals associated with hydro thermally altered rocks in the northernGrapevine mountains,Nevada and Californica[J].Remote Sensing of Environment,1988,24(1):31-51
[2]王欣,杨波,丁学专.空间遥感短波红外成像光谱仪的光学***设计[J].红外技术,2009,31(12):687-690
[3]袁立银,何志平,舒嵘.短波红外棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪光学***设计[J].光子学报,2011,40(6):831-834
[4]薛庆生,林冠宇,宋克非.星载大视场短波红外成像光谱仪光学设计[J].光子学报,2011,40(5):673-678
[5]何志平,刘强,徐卫明.短波红外成像光谱仪性能检测与定标装置[J].红外与激光工程,2008,37:531-535
[6]郑植仁.光学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2006:124
发明内容
本发明针对TFPF在高光谱成像***中应用时,必须满足在较宽的工作光谱范围内只能存在单一透射峰的要求,提出了一种TFPF在宽光谱范围内多级透射峰的抑制方法,通过合理划分TFPF的工作光谱范围,并确定F-P腔的腔长变化区间,解决TFPF在高光谱成像仪工作波段内的多级透射峰问题。
本发明所述的TFPF在宽光谱工作范围内多级透射峰的抑制方法如图1所示:
根据高光谱遥感具体应用的光谱覆盖波段,合理划分TFPF工作光谱范围,具体是指:
判定高光谱遥感具体应用的光谱覆盖波段[λmin,λmax]是否满足
λmin>λmax/2 (1)
若满足,则将此范围设定为TFPF的工作光谱范围;
TFPF可选用的透射级数范围确定具体是指:
根据下述(2)式计算透射级数的取值范围
k<λmin/(λmax-λmin) (2)
式中,k为TFPF的透射级数,取正整数;
确定TFPF腔长d调节范围具体是指:
相应于透射级数k的每一个取值,F-P腔的腔长d的调节区间为
kλmin/2≤d≤kλmax/2 (3)
若高光谱遥感具体应用的光谱覆盖波段[λmin,λmax]不满足(1)式,则需要将λmin~λmax之间的波长区域再次划分,使得每个子区域的波长下限大于该区域波长上限的一半,并为每一个子区域分别设置TFPF。
对于每一个子区域,TFPF透射级数k的取值和每个k值对应的腔长d的变化范围的计算方法分别与(2)、(3)式相同。
本发明可以有效扩展基于空间遥感应用的TFPF的工作光谱范围,加速高光谱、超光谱成像设备的小型化和轻量化。
附图说明
图1为宽光谱工作范围内TFPF多级透射峰的抑制方法流程图。
图2为F-P腔的腔长d=0.85μm、1.0μm和1.2μm时TFPF的透射谱曲线。
图3为F-P腔的腔长d=1.7μm、2.0μm和2.4μm时TFPF的透射谱曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
若高光谱成像仪工作在短波红外波段1.7~2.4μm,根据如图1所示的TFPF在宽光谱工作范围内多级透射峰的抑制方法,可得该波段的波长上、下限满足发明内容中的公式(1)。
利用公式(2)可得TFPF的透射级数可取值为k=1,2。
根据发明内容中的公式(3),可得F-P腔的腔长变化区间在k=1时为0.85~1.2μm,在k=2时为1.7~2.4μm。
控制F-P腔的腔长在0.85~1.2μm或1.7~2.4μm内变化,即可使TFPF在1.7~2.4μm内只有一个透射峰。
为验证上述方法的正确性,以高品质超光滑石英平板构筑F-P腔,石英平板的腔内表面镀有介质反射膜,选择硅和二氧化硅为介质反射膜的高、低折射率材料。腔内介质反射膜的参考波长λ0为2100nm,石英平板上的反射膜的膜系结构如下:
S/H L H L H (4)
其中,S为石英衬底,折射率为1.45,H和L分别代表光学厚度为四分之一参考波长的高、低折射率材料,折射率分别为3.4和1.445。
以TFPF平板间为空气介质且光线为正入射的情况为例,TFPF膜系结构为
Sm/H L H L H xC H L H L H/Sm (5)
其中,m表示衬底厚度以mm为单位,C代表平板之间厚度为四分之一参考波长的空气间隔层,x为空气间隔层的厚度系数。x的表达式为
x=4d/λ0 (6)
式中d为石英平板之间空气间隔层的厚度,也就是F-P腔的腔长。
图2所示为F-P腔的腔长d=0.85μm(x=1.619)、1.0μm(x=1.905)和1.2μm(x=2.286)时TFPF的透射谱曲线。可见,当F-P腔的腔长在0.85~1.2μm内变化时,TFPF在1.7~2.4μm范围内只有一个透射峰。
图3为F-P腔的腔长d=1.7μm(x=3.238)、2.0μm(x=3.81)和2.4μm(x=4.571)时TFPF的透射谱曲线。可见,当F-P腔的腔长在1.7~2.4μm内变化时,TFPF在1.7~2.4μm范围内只有一个透射峰。
Claims (1)
1.一种宽光谱范围F-P可调谐滤波器多级透射峰的抑制方法,根据高光谱遥感覆盖波段划分F-P可调谐滤波器的工作光谱范围,并确定Fabry-Perot腔的腔长变化区间,其特征在于方法如下:
所述的划分F-P可调谐滤波器的工作光谱范围是指F-P可调谐滤波器的工作光谱范围应满足λmin>λmax/2,其中λmin和λmax和分别是F-P可调谐滤波器工作光谱范围的波长下限和波长上限;
所述的确定F-P腔的腔长变化区间是指F-P可调谐滤波器的F-P腔的腔长变化区间为[kλmin/2,kλmax/2],其中k是F-P可调谐滤波器的透射级数,k<λmin/(λmax-λmin),k取正整数。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711000670.3A CN107894283B (zh) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | 宽光谱范围f-p可调谐滤波器多级透射峰的抑制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711000670.3A CN107894283B (zh) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | 宽光谱范围f-p可调谐滤波器多级透射峰的抑制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107894283A true CN107894283A (zh) | 2018-04-10 |
CN107894283B CN107894283B (zh) | 2019-09-27 |
Family
ID=61802886
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201711000670.3A Active CN107894283B (zh) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | 宽光谱范围f-p可调谐滤波器多级透射峰的抑制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107894283B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111999035A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-11-27 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种利用稳频He-Ne激光器的F-P滤光器透射曲线标定方法 |
WO2022000243A1 (zh) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | 深圳市海谱纳米光学科技有限公司 | 基于法布里珀罗腔的成像*** |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110051148A1 (en) * | 2009-09-03 | 2011-03-03 | Axsun Technologies, Inc. | Filtered ASE Swept Source for OCT Medical Imaging |
CN102798998A (zh) * | 2012-07-30 | 2012-11-28 | 天津奇谱光电技术有限公司 | 一种单模连续可调谐光学滤波器 |
US20140198388A1 (en) * | 2013-01-11 | 2014-07-17 | Gooch And Housego Plc | Fabry-perot device with a movable mirror |
CN104330890A (zh) * | 2014-11-04 | 2015-02-04 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种长腔长微机电可调谐法布里-珀罗滤波器 |
-
2017
- 2017-10-24 CN CN201711000670.3A patent/CN107894283B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110051148A1 (en) * | 2009-09-03 | 2011-03-03 | Axsun Technologies, Inc. | Filtered ASE Swept Source for OCT Medical Imaging |
CN102798998A (zh) * | 2012-07-30 | 2012-11-28 | 天津奇谱光电技术有限公司 | 一种单模连续可调谐光学滤波器 |
US20140198388A1 (en) * | 2013-01-11 | 2014-07-17 | Gooch And Housego Plc | Fabry-perot device with a movable mirror |
CN104330890A (zh) * | 2014-11-04 | 2015-02-04 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种长腔长微机电可调谐法布里-珀罗滤波器 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
严家彪: "F—P的应用和发展", 《光学仪器》 * |
甘世奇 等: "可调谐滤光片的透射谱研究", 《兵器装备工程学报》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022000243A1 (zh) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | 深圳市海谱纳米光学科技有限公司 | 基于法布里珀罗腔的成像*** |
CN111999035A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-11-27 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种利用稳频He-Ne激光器的F-P滤光器透射曲线标定方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107894283B (zh) | 2019-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fleischman et al. | Hyper-selective plasmonic color filters | |
Haïdar et al. | Free-standing subwavelength metallic gratings for snapshot multispectral imaging | |
EP3617757A8 (en) | Optical filter, optical filter system, spectrometer and method of fabrication thereof | |
CN101221261B (zh) | 微型超光谱集成滤光片及其制作方法 | |
Kim et al. | Fabrication of 2D thin-film filter-array for compressive sensing spectroscopy | |
CN204594579U (zh) | 一种基于微环和阵列波导光栅的片上光谱仪 | |
CN103064141A (zh) | 太赫兹带通滤波器 | |
CN107894283B (zh) | 宽光谱范围f-p可调谐滤波器多级透射峰的抑制方法 | |
CN104090320B (zh) | 一种用于超光谱成像***中的消二级光谱集成滤光片 | |
CN113701884B (zh) | 基于亚波长结构的宽带滤波型片上的光谱或频谱分析*** | |
Tripathi et al. | Large-area MEMS-based distributed Bragg reflectors for short-wave and mid-wave infrared hyperspectral imaging applications | |
Ohtera et al. | Multichannel photonic crystal wavelength filter array for near-infrared wavelengths | |
CN113820013A (zh) | 一种基于Fabry–Pérot腔的透射式超构表面多光谱成像仪 | |
CN104808346B (zh) | 一种线性色散组合棱镜分光器件 | |
CN208140255U (zh) | 一种光谱成像型微滤光片 | |
CN117911555A (zh) | 基于超构表面的宽谱集成快照式光谱仪构建方法 | |
CN207717226U (zh) | 基于周期性干涉膜系fp腔扫描的高光谱成像装置 | |
CN104914510B (zh) | 一种双光栅双波段的Bragg‑凹面衍射光栅波分复用器的设计方法 | |
CN111609930A (zh) | 基于超构表面的大角度分光*** | |
CN203965653U (zh) | 用于超光谱成像***中的消二级光谱集成滤光片 | |
CN104914509A (zh) | 一种双光栅双波段的Bragg-凹面衍射光栅波分复用器 | |
CN103293577A (zh) | 以ZnSe为基底的4—14.5微米红外宽光谱分光膜 | |
CN114964494A (zh) | 一种基于光波导泄漏模分光的光谱仪及其光谱重构方法 | |
Cui et al. | Study on innovative flexible design method for thin film narrow band-pass filters | |
JP2006023330A (ja) | 複数の光学的特性を有する光学フィルタと気象観測への応用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |