[發明專利]基于矩形光柵色散剪切的干涉成像光譜裝置及其探測方法

在審

• 申請號: 201711012750.0
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107748009A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 邱卓然;邱守義
• 申請（專利權）人: 邱卓然
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/45
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱沉雁

1.一種基于矩形光柵色散剪切的干涉成像光譜裝置，其特征在于：包括沿光路方向依次放置的前端光學系統（1）、濾光片（2）、雙矩形光柵剪切器（3）、后端成像物鏡（4）、面陣探測器（5）和信號處理系統（6）；其中，前端光學系統（1）包括沿光路方向依次設置的前置成像物鏡（11）、視場光闌（12）和準直物鏡（13），前置成像物鏡（11）的像面和準直物鏡（12）的前焦面重合，視場光闌（12）位于準直物鏡（13）的前焦面；雙矩形光柵剪切器（3）由垂直于光軸的第一矩形光柵（31）和第二矩形光柵（32）組成，第一矩形光柵（31）和第二矩形光柵（32）平行，且第一矩形光柵（31）和第二矩形光柵（32）的刻線方向相同；面陣探測器（5）的靶面位于后端成像物鏡（4）的后焦面上；信號處理系統（6）與探測器（5）相連；所有光學元件相對于基底同軸等高，即相對于光學平臺或儀器底座同軸等高。

2.根據權利要求1所述的基于矩形光柵色散剪切的干涉成像光譜裝置，其特征在于，光路走向如下：探測目標發射或者反射的光通過前置成像物鏡（11）成像在其像面上，由視場光闌（12）確定探測視場范圍并消除雜散光，隨后經過準直物鏡（13），形成準直光束；前端光學系統（1）形成的準直光束經過濾光片（2），消除其它波段光束，只允許探測波段光束經過濾光片（2）；隨后探測波段的平行光束經過第一矩形光柵（31），在±1衍射級生成兩束不同衍射角的平行光束，隨后±1衍射平行光束經過第二矩形光柵（32）后形成同一視場角的兩束平行光束，兩束平行光束之間存在橫向剪切，隨后剪切光束經過后端成像物鏡（4）成像在面陣探測器（5）的靶面上；面陣探測器（5）將光信號轉化為電信號，電信號進入信號處理系統（6）。

3.根據權利要求1所述的基于矩形光柵色散剪切的干涉成像光譜裝置，其特征在于：所述第一矩形光柵（31）的占空比為0.5；對探測譜段中心波長的光束正入射時，其相位延遲量為π或者3π；第二矩形光柵（32）的參數規格與第一矩形光柵（31）的參數規格相同。

4.一種基于權利要求1所述的基于矩形光柵色散剪切的干涉成像光譜裝置的探測方法，其特征在于，包含以下步驟：

第一步，探測目標發射或者反射的光通過前置成像物鏡（11）成像在其像面上，由視場光闌（12）確定探測視場范圍并消除雜散光，隨后經過準直物鏡（13），形成準直光束；

第二步，前端光學系統（1）形成的準直光束經過濾光片（2），消除其它波段光束，只允許探測波段光束經過濾光片（2）；

第三步：經過濾光片（2）的平行光束經過第一矩形光柵（31），在±1衍射級生成兩束不同衍射角的平行光束，隨后±1衍射平行光束經過第二矩形光柵（32）后形成同一視場角的兩束平行光束，兩束平行光束之間存在橫向剪切，橫向剪切量的大小與光束波長相關；

第四步：經過雙矩形光柵剪切器（3）橫向剪切的兩束平行光經過后端成像物鏡（4）成像到面陣探測器（5）的靶面上，并引入隨波長變換的光程差，在探測器靶面上得到攜帶有干涉條紋的目標場景圖像，干涉條紋光程差方向與第一矩形光柵（31）的刻線方向垂直，通過旋轉雙矩形光柵剪切器（3）或者旋轉整套系統對探測目標進行推掃可以獲取目標各點不同光程差下的攜帶有干涉信息的目標干涉圖像，并轉化成電信號進入信號處理系統（6）；

第五步，信號處理系統（6）從收到的電信號中提取目標各點不同光程差下的干涉數據，對干涉數據進行傅里葉變換等處理后，得到探測目標的光譜數據立方體，從而得到目標各點的高分辨率光譜信息及各個譜段的二維圖像信息。